BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe · Hamburg · Ilmenau

BAW-Kolloquium der Abteilung Bautechnik

Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober 2008 in Karlsruhe

BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober 2008 in Karlsruhe

PROGRAMM Dienstag, 7. Oktober 2008 13:00 – 13:10 Uhr

Begrüßung

13:10 – 13:50 Uhr Neubau der Schleuse Dörverden Dipl.-Ing. G. Schulz, Neubauamt Hannover Defizite in der Bausubstanz erfordern den Neubau der alten „kleinen“ Schleuse Dörverden, der für das moderne 135 m lange Großmotorgüterschiff ausgelegt wird. Beim Bau der Schleusenkammer werden neue Wege gegangen, indem u. a. Bohrpfähle mit einer Vorsatzschale kombiniert werden. 13:50 – 14:30 Uhr Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz Dipl.-Ing. A. Weisner, Wasserstraßen-Neubauamt Magdeburg Prof. Dr.-Ing. V. Tue, Universität Leipzig, Institut für Massivbau und Baustofftechnologie Die neue Schleuse Wusterwitz wurde als erste Schleuse im deutschen Wasserstraßensystem als vollmonolithische Schleuse geplant. Dieses Planungskonzept erforderte besondere Überlegungen bei der Tragwerksplanung, der konstruktiven Ausbildung und bei der Betontechnologie. Ferner konnte der Baukörper auf Grund hydraulischer Untersuchungen optimiert werden. 14:30 – 15:00 Uhr

Kaffeepause

15:00 – 15:40 Uhr Canal Seine Nord Europe Ing. B. Deleu, Voies Navigables de France Die französische Wasserstraßenverwaltung plant als eines der größten Infrastrukturprojekte Europas die Kanalverbindung für Großmotorgüterschiffe der Wasserstraßenklasse Vb zwischen den Flüssen Seine und Schelde. Entlang des 106 km Kanals sind 7 Schleusen, drei Kanalbrücken und 59 Brücken geplant. Projektumfang und Entwurfsprinzipien werden vorgestellt. 15:40 – 16:20 Uhr Naga Hammadi – die neue Staustufe am Nil Dipl.-Ing. U. Krenz, Bilfinger Berger AG, Wiesbaden Die Sicherstellung von landwirtschaftlich nutzbarem Wasser, die Verbesserung der Schifffahrtsverhältnisse sowie eine verbesserte Energieversorgung führten zum Bau der neuen Staustufe Naga Hammadi am Nil. Stauwehr, Kraftwerk und Schleusen bilden die wesentlichen Baukörper und weisen Besonderheiten bei Tragwerksplanung, Betonbau und Stahlwasserbau auf, die vorgestellt werden. 16:20 – 17:00 Uhr Neubau der Kaiserschleuse in Bremerhaven Dipl.-Ing. C. Tarras, bremenports, Bremerhaven Die Zunahme des Seehandels, größer werdende Seeschiffe sowie Anforderungen nach möglichst tideunabhängiger Erreichbarkeit des Hafens Bremerhaven erforderte den Neubau der Kaiserschleuse. Mit einer Länge von 305 m, einer Breite von 55 m und einer Drempeltiefe von NN 13 m wird die Schleuse auch für Panmax-Schiffe geeignet sein. Innovative Konzepte für Bau und Verschlusssysteme wurden gefunden. Die Vergabe erfolgte bundesweit erstmalig im wettbewerblichen Dialog. 17:00 – 17:40 Uhr PIANC Arbeitsgruppe 29 – Innovation im Schleusenneubau international Dipl.-Ing. J. Bödefeld, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Dr.-Ing. C. Thorenz, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Vertreter aus 10 Staaten tragen zur Zeit innovative Konzepte und Ideen des Schleusenneubaus der letzten 20 Jahre zusammen. Neben fachlichen Ausführungen zu den einzelnen Themen enthält der entstehende Report eine Fülle von Projektberichten, in denen die Innovationen umgesetzt sind. Auszugsweise wird über beides berichtet werden. 18:30 Uhr

Geselliges Beisammensein mit Abendessen

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Mittwoch, 8. Oktober 2008 08:30 – 09:10 Uhr Verkehrswasserbauwerke – quo vadis ? Dipl.-Ing. C. Kunz, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Die Abteilung Bautechnik ist bei zahlreichen Projekten des Verkehrswasserbaus beratend und qualitätssichernd eingebunden und für einschlägige Regelwerke zuständig. Aus dieser Sicht werden der Stand der Technik bei Verkehrswasserbauwerken beleuchtet und für die Zukunft neue Anforderungen, Handlungsbedarf und Aktivitäten aufgezeigt. 09:10 – 09:50 Uhr Ertüchtigung des Neckars für das 135-m-Schiff Dipl.-Ing. M. Schüle, Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest, Mainz Dipl.-Ing. K. Michels, Amt für den Neckarausbau, Heidelberg Die Ertüchtigung des Neckars für das 135-m-Großmotorgüterschiff umfasst die Verlängerung bestehender Schleusenkammern sowie die Anpassung von Streckenabschnitten. Dies sichert die Zukunftsfähigkeit eines wirtschaftlichen Gütertransports auf dem Neckar. Die Verlängerung der Schleusen beinhaltet die notwendige Grundinstandsetzung einer in die Jahre gekommenen Bausubstanz. Projektumfang, die Rahmenbedingungen sowie die bautechnischen Maßnahmen werden vorgestellt. 09:50 – 10:30 Uhr

Kaffeepause

10:30 – 11:10 Uhr Verlängerung der Schleusen Maasbracht und Born Dipl.-Ing. E.A.M van Schaik, Maaswerken Rijkswaterstaat, Roermond Ir. Fokke Westebring, Raadgevend Ingenieursbureau Lievense B.V., Breda Die Schiffsschleusen im Juliana-Kanal/Maas in der Nähe von Born, Maasbracht und Heel werden für Schiffsabmessungen der Wasserstraßenklasse Vb (Großmotorgüterschiff und Schubverband) verlängert. Die Verlängerung der Schleusen, neue Häupter und Verschlussorgane waren zu konzipieren. 11:10 – 11:50 Uhr Grundinstandsetzung der Schleusen Wernsdorf und Kersdorf Dipl.-Ing. R. Probiesch, Wasserstraßen-Neubauamt Berlin Die Schleuse Wernsdorf am Oder-Spree-Kanal wurde von 57 m auf 115 m verlängert und grundinstandgesetzt, wobei Massivbau, Stahlwasserbau und Ausrüstung anzupassen waren. Augenmerk war auf den Anschluss zwischen Alt- und Neubauteilen zu richten. Die Erfahrungen gehen in die Verlängerung der Schleuse Kersdorf ein. 11:50 – 12:00 Uhr Schlusswort

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REFERENTENVERZEICHNIS

J. Bödefeld

Bundesanstalt für Wasserbau Kußmaulstraße 17, 76187 Karlsruhe

B. Deleu

Voies Navigables de France Mission Seine-Nord Europe 175, rue Ludovic Boutleux, 62400 Bethune Cedex - France

U. Krenz

Bilfinger Berger AG Gustav-Nachtigal-Straße 3, 65189 Wiesbaden

C. Kunz

Bundesanstalt für Wasserbau Kußmaulstraße 17, 76187 Karlsruhe

K. Michels

Amt für Neckarausbau Vangerowstraße 20, 69115 Heidelberg

R. Probiesch

Wasserstraßen-Neubauamt Mehringdamm 129 a, 10965 Berlin

E. A. M van Schaik

Rijkswaterstaat Bouwdienst Griffioenlaan 2, 3526 LA Utrecht - Netherlands

M. Schüle

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest Brucknerstraße 2, 55127 Mainz

G. Schulz

Neubauamt für den Ausbau des MLK Nikolaistraße 23/25, 30159 Hannover

C. Tarras

bremenports GmbH & Co. KG Am Strom 2, 27568 Bremerhaven

C. Thorenz

Bundesanstalt für Wasserbau Kußmaulstraße 17, 76187 Karlsruhe

V. Tue

Universität Leipzig Institut für Massivbau und Baustofftechnologie Marschnerstraße 31, 04109 Leipzig

A. Weisner

Wasserstraßen-Neubauamt Kleiner Werder 5 c, 39114 Magdeburg

F. Westebring

Raadgevend Ingenieursbureau Lievense B.V. Postbus 3199, 4800 DD Breda

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Abteilung Bautechnik Die Abteilung gliedert sich in folgende Referate:





B1 - Massivbau B2 - Stahlbau, Korrosionsschutz B3 - Baustoffe B4 - Konstruktive Gestaltung

Aufgaben der Abteilung





Beratung bei Neubau, Ausbau und Instandhaltung hinsichtlich statischer, konstruktiver, gestalterischer und baustoffspezifischer Probleme an Bauwerken und ihren stahlwasserbaulichen Ausrüstungen. Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen und technischen Lösungen für solche Aufgaben, die besondere sicherheitstechnische Bedeutung haben und die für einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb der Anlagen wichtig sind.

Strukturanalysen für Wasserbauwerke Beratung während der Herstellung (Schleuse Rothensee)

Das Brutto-Anlagevermögen der Wasserbauwerke und der sonstigen Ingenieurbauwerke der WSV beträgt einschl. ihrer Ausrüstung etwa 17 Mrd. €. Im Vergleich zu den Verkehrsträgern Schiene und Straße ist die Vielfalt der Bauwerke wesentlich größer. Ein erheblicher Teil der Bauwerke hat die planmäßige Nutzungszeit von 70 – 90 Jahren erreicht oder überschritten. Aus den unterschiedlichen Nutzungen - außer der Schifffahrt, z. B. Hochwasserschutz und Wasserkraftnutzung - ergeben sich auch die an die Wasserbauwerke zu stellenden Sicherheitsanforderungen.

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Daraus leiten sich die fachtechnischen und fachwissenschaftlichen Aufgabenstellungen an die Bautechnik ab:










Tragwerkssicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit massiver Wasserbauwerke Tragwerks-, Funktions- und Betriebssicherheit fester und beweglicher Stahlwasserbauten Dauerhaftigkeit (Korrosionsschutz) von Stahlbrücken- und Stahlwasserbauten Verwendung von Bauprodukten, die für die speziellen Beanspruchungen von Verkehrswasserbauten dauerhaft geeignet sind Gestaltung von Ingenieurbauwerken zur Integration in den Landschaftsraum (Akzeptanz in der Öffentlichkeit)

Statische Nachrechnung eines Schleusentores

Gestaltungs-Studie für das neue SHW Niederfinow

Die Bautechnik konzentriert sich auf solche Aufgaben, die








fachwissenschaftlich schwierig sind, fachübergreifend zu bearbeiten sind (Massivbau, Baustoffe, Stahlbau in Abstimmung mit Maschinenbau und Elektrotechnik), für die Tragsicherheit und Funktionsfähigkeit der Anlagen wichtig sind, langjährige Erfahrungen erfordern, von baurechtlicher Bedeutung für die WSV sind.

Die Fachkompetenz ergibt sich insbesondere aus der Abhängigkeit und gegenseitigen Befruchtung von Praxisaufgaben und Grundsatzaufgaben. Aus Projektaufgaben der WSV ergeben sich Forschungsthemen, deren Ergebnisse bei weiteren WSV-Projekten genutzt werden und im Regelwerk ihren Niederschlag finden.

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Dipl.-Ing. G. Schulz, Neubauamt Hannover Neubau der Schleuse Dörverden Ausgangssituation Die Schleusenanlage Dörverden liegt an der staugeregelten Mittelweser, 100 km unterhalb von Minden und 50 km oberhalb von Bremen. Bei hydrostatischem Stau beträgt die Höhe der Fallstufe 4,60 m. Die Schleusenanlage besteht aus der 1912 in Betrieb genommenen Schleppzugschleuse und der sogenannten kleinen Schleuse, die 1938 fertiggestellt wurde. Die Schleppzugschleuse verfügt über eine Drempeltiefe von 2,65 m, eine nutzbare Kammerlänge von 225 m und eine Kammerbreite von 12,30 m. Die Abmessungen der kleinen Schleuse betragen 3,65 m Drempeltiefe, 85 m Kammerlänge und 12,30 m Kammerbreite. Der Schiffsverkehr wird zurzeit überwiegend über die kleine Schleuse abgewickelt. Die Schleppzugschleuse wird nur kurzfristig für Fahrzeuge über 85 m Länge eingesetzt. Aufgrund der geringen Drempeltiefe sind dabei erhebliche Einschränkungen der Abladetiefe hinzunehmen. Im Rahmen der Mittelweseranpasssung für das 135 m Schiff und den 139 m Schubverband ist der Neubau einer Schleuse in Dörverden erforderlich.

Abb. 1: Schleusenprojekte im Bereich der Wasser- und Schifffahrtsdirektion Mitte

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Ergebnis der Planung Aufgrund der Anforderungen ergeben sich folgende Abmessungen für die neue Schleuse: Nutzbare Kammerlänge: 139,0 m Kammerbreite: 12,5 m Drempeltiefe: 4,0 m Im Vorfeld zur Entwurfsaufstellung wurden umfangreiche Variantenuntersuchungen zur Lage und zur Bauweise der neuen Schleuse durchgeführt. Für die Festlegung der Lage der neuen Schleuse war es ein wichtiges Kriterium, dass die Schiffe sicher und schnell ein- und ausfahren können. Außerdem musste die neue Schleuse so gelegt werden, dass die kleine Schleuse während der gesamten Bauzeit genutzt werden kann. Im Ergebnis liegt die neue Schleuse in der Achse des Schleusenkanals zwischen den beiden vorhandenen Schleusen. Das Oberhaupt der neuen Schleuse liegt etwa 30 m unterhalb der vorhandenen Oberhäupter. Der Abstand zur kleinen Schleuse ist so groß gewählt, dass in jedem Bauzustand eine Gefährdung der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der kleinen Schleuse ausgeschlossen ist.

Abb. 2: Lage der neuen Schleuse Dörverden Unter Berücksichtigung der beiden Randbedingungen Hubhöhe und Wasserdargebot der Weser wurde das hydraulische System für die neue Schleuse festgelegt. Die Schleuse erhält keine Sparbecken. Sie wird über das Obertor gefüllt und über kurze Umläufe im Unterhaupt entleert. Unter Berücksichtigung der weiteren Randbedingungen wie der Grundwasserverhältnisse und des Baugrundes und unter Berücksichtigung der technischen und wirtschaftlichen Kriterien wie Machbarkeit, Herstellungskosten, Unterhaltungskosten, Nutzungsqualität und Bauzeit ist das Konzept für die neue Schleuse verfeinert worden.

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Die Schleuse erhält als Obertor ein Drehsegment mit Füllmuschel mit einer kammerseitig angeordneten Energieumwandlungsanlage. Als Untertor wurde ein Stemmtor gewählt. Der Abfluss durch die beiden Umläufe im Unterhaupt wird über Drehsegmente geregelt. Die Häupter der Schleuse werden als Stahlbetonbauwerke ausgeführt. Im Bereich der Häupter sind die Lager und Antriebe der Tore und Umlaufverschlüsse unterzubringen. Außerdem befinden sich dort Räume für die Anschlüsse, die Technik, die Steuerung sowie die Pumpenkeller und die Zugänge zu den Revisionsräumen. Die Räume befinden sich auf verschiedenen Ebenen, sodass für die Erschließung Treppenhäuser erforderlich sind. Die Aufzählung und Beschreibung der in den Häuptern untergebrachten Räume und Vorrichtungen macht deutlich, dass für die Häupter - wie bei allen Schleusen - nur ein Stahlbetonbauwerk in Frage kommt. Für das Oberhaupt werden knapp 3.000 m³ Beton eingebaut, für das Unterhaupt etwas mehr als 10.000 m³. Die Stahlbetonbauwerke werden in trockengelegten Baugruben errichtet. Die Baugrubenwand wird teilweise als verlorene Schalung genutzt. Anders sieht es bei der Schleusenkammer aus. Dadurch, dass die Befüllung durch das Obertor und die Entleerung über kurze Umläufe im Unterhaupt erfolgt und dadurch, dass keine Sparbecken errichtet werden, sind in den Kammerwänden keine Fülleinrichtungen oder Zuläufe erforderlich. Es besteht also die Möglichkeit, die Baugrubenwand zur Kammerwand zu machen. Bei den beschriebenen Randbedingungen besteht die klassische Alternative zur Massivbauweise in der Spundwandbauweise. Die Baugrubenspundwand wird zur Kammerwand der Schleuse. Hierfür werden nach dem Bodenaushub die erforderlichen Ausrüstungsteile wie Poller und Steigeleitern an der freigelegten Spundwand angebracht. Die Spundwandlösung hat den Nachteil, dass Ungenauigkeiten beim Einbringen der Spundwand und Verformungen während des Aushubs dauerhaft in der späteren Kammerwand verbleiben. Außerdem bietet die Spundwand keine glatte Oberfläche, sodass es dadurch immer wieder zu Beschädigungen der Wand kommt. Beschädigungen sind unabhängig von der Ursache immer problematisch, weil die Spundwand gleichzeitig tragendes und dichtendes Bauteil ist. Eine Undichtigkeit ist deshalb z.B. nicht durch den Austausch eines Bauteils zu beheben. Aufgrund der Nachteile der Spundwandlösung wurden im Rahmen der Variantenuntersuchung verschiedene andere Lösungen betrachtet. Nach umfassender Abwägung aller Vor- und Nachteile und der statischen Bemessung ergibt sich für den Kammerquerschnitt folgende Lösung: Die Baugrubenwand wird als überschnittene Bohrpfahlwand aus Bohrpfählen mit einem Durchmesser von 1,20 m hergestellt. Die Bohrpfähle werden einfach verankert. Nach dem Aushub werden die Verpresspfähle zur Verankerung und die 1,20 m dicke Unterwasserbetonsohle eingebracht. Nach Trockenlegung der Baugrube wird zunächst die 1,00 m dicke Kammersohle hergestellt. Anschließend werden die Vorsatzschale und die Holme betoniert. Mit Hilfe der 10 cm dicken Ausgleichsschicht und der 40 cm dicken Vorsatzschale werden die herstellungsbedingten Ungenauigkeiten egalisiert. Seite 3

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Abb. 3: Kammerquerschnitt der Schleuse Dörverden Die Bohrpfahlwand übernimmt die tragende und die Vorsatzschale die dichtende Funktion der Kammerwand. Baudurchführung Die Auftragsvergabe für den Neubau der Schleuse Dörverden erfolgt voraussichtlich Anfang Oktober 2008. Der Ausbau der Vorhäfen einschließlich Dalben und Liegstellen erfolgt in einem weiteren Los, das voraussichtlich Ende 2009 ausgeschrieben wird. Aufgrund der Personalsituation wird für die Bauüberwachung vor Ort ein Ingenieurbüro eingeschaltet. Das Büro wird das NBA mit mindestens zwei Mitarbeitern über die gesamte Bauzeit unterstützen.

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Dipl.-Ing. A. Weisner, Wasserstraßen-Neubauamt Magdeburg Prof. Dr.-Ing. V. Tue, Universität Leipzig, Institut für Massivbau und Baustofftechnologie Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz Ausbaugrundsätze / Allgemeines Der Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz ist Bestandteil des Verkehrsprojektes Deutsche Einheit Nr. 17. Die geplante Schleuse am Ende des Elbe-Havel-Kanals wird 45 m achsparallel zur vorhandenen alten Schleusenkammer gebaut. Die von 1927-1930 gebaute Altanlage hat zwar eine Kammerlänge von 225 m, jedoch liegt die Drempeltiefe nur 3,15 m unter dem unteren Betriebswasserstand. Ferner läuft die gutachterlich ausgewiesene Restnutzungsdauer im nächsten Jahrzehnt aus. Der Neubau wird für die Wasserstraßenklasse Vb ausgelegt. Grundlage für die Bemessung und die Konstruktion sind das Großmotorgüterschiff und ein Schubverband mit 185 m Länge, 11,40 m Breite und einer Abladetiefe von 2,80 m. Besonderheiten der Schleusenkonstruktion Bereits im Jahre 2003 begannen die Vorplanungen zum Neubau der zweiten Kammer. Bei der grund-sätzlichen Festlegung der Konstruk-tionen wurden, wie bei größeren Ingenieurbauwerken üblich und sinnvoll, mehrere Varianten in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht untersucht. Hierzu zählten i.W. die Wahl der Baugru-

Hydraulisches System

Wesentliche Konstruktionsdaten Nutzbare Kammerlänge: Lichte Kammerbreite: Max. Hubhöhe: Länge Betonkonstruktion: Breite der Betonkonstruktion: Sohlhöhe: Wanddicken im Kammerbereich: Maximale Wanddicke: Menge Beton / Stahlbeton: Unterhauptbrücke: Ober- und Untertor: Längskanalverschlüsse: Antriebe:

Multiportsystem mit Längskanal, 276 Fülldüsen und Prallbalken

190 m 12,50 m 4,75 m 261,03 m 22,50 m – 34,30 m 1,80 m 1,80 m 13,20 m rd. 40.000 m³ Integrale Stahlbetonkonstr. Stemmtor als Faltwerk Gleitverschlüsse Elektrohubzylinder

benumschließung, die Wahl der Stahlwasserbauverschlüsse und deren Antriebe, die Wahl des hydraulischen Systems (Bild links) und in diesem Zuge auch die Wahl des statischen Systems des Bauwerkes. Die vorgenannten Untersuchungen, die enge Abstimmung mit den Gutachtern und dem späteren Betreiber (WSA Brandenburg) führten zu vielen konstruktiven Optimierungen, die nicht nur zu technischen sondern vor allem zu wirtschaftlichen Vorteilen beim Bau und in der Unterhaltung bringen werden.

Allein im Zuge der Optimierungen des hydraulischen Systems, im Bereich der Ein- und Auslaufbauwerke, konnte die Bauwerkslänge um rd. 25 m verkürzt werden. Grundlage hierfür waren hydraulische Versuche und Gutachten der BAW und dem Leichtweißinstitut der TU Braunschweig. Seite 5

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Aber auch die von der Dorsch Consult Wasser- und Umwelt GmbH vorgeschlagene statt auf Druck nun zugbelasteten Hauptrevisionsverschlüsse führten zu einer geringeren Konstruktionslänge. Der Weg zur vollmonolithischen Bauweise Das WNA Magdeburg hat in Zusammenarbeit mit der BAW bereits 1998 im technischen Entwurf der Doppelschleuse Hohenwarthe auf einer Länge von 246,60 m und bei einer Sohlstärke 5,50 m dehnfugenfrei geplant. Im Rahmen der Beauftragung kam dann durch ein Nebenangebot noch eine fugenlose Sparbeckenanlage hinzu. Die monolithische Bauweise in Hohenwarthe ist entstanden durch schlechte Baugrundverhältnisse in Kombination mit hohen Bauwerkslasten und daraus resultierenden hohen Setzungsdifferenzen, die Fugenbänder nicht aufnehmen konnten [1]. Hieraus entwickelte sich in der WSV die monolithische Sohle zum Stand der Technik. Dabei wurde bei späteren Schleusenbauten der erste Wandabschnitt im Bereich der Längskanäle integriert. Im Zuge der Entwurfsbearbeitung zum Neubau der Schleuse Wusterwitz, 10 Jahre nach den ersten Planungen zur Schleuse Hohenwarthe, gab eine Machbarkeitstudie der BAW [2] für eine gesamtmonolithische Schleuse Wusterwitz den entscheidenden Anstoß.

Optimierter Grundriss der Schleuse in Höhe des Füllsystems Der Übergangsbereich des zwischen Häuptern, Kammer und den Ein- und Ausfahrtsbereichen wurde zur Verringerung von Steifigkeitssprüngen „fließend“ gestaltet.

Neben den guten Erfahrungen bei den bislang errichteten teilmonolithischen Schleusen, guten Baugrundbedingungen in Wusterwitz aber auch die zunehmenden Probleme mit Fugenbandkonstruktionen in der WSV, führten zur gemeinsamen Entscheidung am 12.08.04 im BMVBS; Zur Planung der ersten gesamtmonolithischen Schleuse Deutschlands. Betontechnologische Berücksichtigung im Bauvertrag Im Zuge der Vertragsgestaltung wurde die Anwendung einer aktiven Begrenzung der Frischbetontemperatur auf Basis von Klimadaten im Rahmen eines Pilotprojektes in der WSV vereinbart [3]. Denn neben den Randbedingungen bei der Bemessung ist die Beherrschung der Hydratationswärme im jungen Beton maßgeblich bei der sicheren Herstellung eines wasserundurchlässigen Bauwerkes. Seite 6

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Besonderheiten bei der Bemessung der fugenlosen Konstruktion Im Wesentlichen werden Schleusenbauwerke durch folgende Einwirkungen beansprucht: •

Erd- und Wasserdruck

•

Setzungen des Baugrunds

•

Temperaturgeschichte während der Betonerhärtungen

•

Witterungseinflüsse während der Nutzung.

Bei einem üblichen Abmessungsverhältnis zwischen Längs- und Querrichtung werden Erdund Wasserdruck im Allgemeinen über die Quertragrichtung abgetragen. Die Raumfugen in den Wänden und der Bodenplatte haben nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Lastabtrag. Der Einfluss der Baugrundsetzungen muss im Allgemeinen sowohl für die Quer- als auch für die Längsrichtung rechnerisch untersucht werden. Die Auswirkung in jeweiliger Tragrichtung hängt von der Setzungsmulde ab, die vor allem von der Steifigkeit und Homogenität des Baugrunds sowie den Beanspruchungen bestimmt wird. Bei den bisherigen Fugenabständen von maximal 15 m ist die Auswirkung auf die Stahlbetonbauteile in Längsrichtung als gering einzuschätzen, da die Baugrundsetzungen durch Fugenbewegungen ohne den Aufbau von Zwangkräften ausgeglichen werden können. Bei fugenloser Bauweise muss die Setzungsmulde mit auf der sicheren Seite liegenden Annahmen rechnerisch erfasst werden und anschließend die Empfindlichkeit der Konstruktion gegenüber der zu erwartenden Setzungsmulde analysiert werden. Die Anwendung nicht-linearer Rechenverfahren, bei der die Steifigkeit nach der Rissbildung und vor allem die Rissverteilung wirklichkeitsnah abgebildet werden können, ist zumindest bei großem Setzungsunterschied erforderlich. Bei der Schleuse Wusterwitz wurde die Setzungsmulde mittels einer 3D-FE-Modell untersucht. Der Setzungsunterschied in Querrichtung beträgt hiernach nur einige Millimeter und in Längsrichtung einige Zentimeter. Das maximal auftretende Biegemoment unter Annahme eines ungerissenen Betonquerschnitts liegt unterhalb dem Rissmoment des Bauteils. Die fugenlose Bauweise kann somit empfohlen werden. Die Auswirkung der Hydratationswärme auf das Verhalten von dicken Bauteilen ist nach heutigem Stand der Technik beherrschbar. Die tatsächlich zu erwartende Temperaturentwicklung in Betonbauteilen während der Betonerhärtung kann mit der FE-Methode ermittelt werden. Bild 1 zeigt am Beispiel der Schleuse Sülfeld-Süd den Vergleich zwischen der messtechnisch bestimmten und rechnerisch ermittelten Temperaturentwicklung der Bodenplatte.

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Abbildung 1: Vergleich zwischen gemessenen und gerechneten Temperaturverlauf der Sohlplatte der Schleuse Sülfeld-Süd. Die Ermittlung der erforderlichen Bewehrung zur Begrenzung der Rissbreite kann nach dem BAW-Merkblatt „Früher Zwang“ [4] erfolgen. Eine genauere Untersuchung unter Berücksichtigung des Bauablaufs und der Eigenschaften des verwendeten Betons mit Hilfe eines 3D-FE-Modells ist ebenfalls möglich. Im Rahmen der Ausführungsplanung der Schleuse Sülfeld-Süd und Zeltingen wurde das BAW-Merkblatt erfolgreich verwendet. Weitere Messungen am Bauwerk [5] und theoretische Untersuchungen zu Rissmechanik und Materialeigenschaften [6] sollen Grundlagen zur Verbesserung der Empfehlungen geben. Witterungseinflüsse während der Nutzung verursachen zusätzliche Beanspruchungen, hauptsächlich in Längsrichtung. Die saisonale Temperaturänderung erzeugt vor allem eine Längenänderung in Längsrichtung und eine Verkrümmung des Querschnitts. Abgesehen von Problemen in den Oberflächenbereichen durch außergewöhnliche Einwirkung, wie beispielsweise im Falle eines Sommergewitters, tritt hier der Einfluss der Eigenspannungen in den Hintergrund. Zur Verdeutlichung sind in Bild 2 und 3 die Temperaturanteile für die Längenänderung in Längsrichtung (konstanter Anteil) und Verkrümmung des Querschnitts (linearer Anteil) für unterschiedliche Schleusenwanddicken dargestellt. Die Ausgangstemperatur von Boden und Beton wurde mit 10°C angenommen. Die jahreszeitlich bedingte Schwankung der Lufttemperatur wurde auf der sicheren Seite liegend mit 30 K (±15°C) angenommen. Im Bereich des Niedrigwasserstandes reduziert sich die Temperaturschwankung auf 5 K. Weiterhin wirkt an der freien Oberfläche der Energieeintrag durch die Sonnenstrahlung in Abhängigkeit vom Einfallwinkel der Sonnenstrahlen. Aufgrund einer tageweisen Berechnung tritt dieser Effekt jedoch in den Hintergrund. Wie erwartet verschiebt sich der Zeitpunkt zum Erreichen des Extremwerts der Kerntemperatur mit der Bauteildicke. Darüber hinaus verringert sich der konstante Temperaturanteil mit zunehmender Bauteildicke, hingegen nimmt der lineare Temperaturanteil zu. Seite 8

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Abbildung 2: konstante Temperaturanteile in Abhängigkeit der Bauteildicke

Abbildung 3: lineare Temperaturanteile in Abhängigkeit der Bauteildicke

Wegen der Nachgiebigkeit des Baugrunds und der viskoelastischen Eigenschaft des Betons ist im Allgemeinen keine nennenswerte Normalkraftbeanspruchung infolge späteren Zwang zu erwarten. Die Querschnittsverkrümmung wird durch das Eigengewicht voll behindert. Aus diesem Grund müssen die Biegebeanspruchungen infolge saisonaler Temperaturänderung mit denen aus der Setzungsmulde überlagert werden. Die realistische Abschätzung der Gesamtbeanspruchung erfordert Überlegungen zur Verformungskompatibilität, vor allem bei großem Setzungsunterschied. Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite für Schleuse Wusterwitz Im Rahmen der Ausschreibung der Schleuse Wusterwitz wurde die Mindestbewehrung zur Aufnahme der Zwangkräfte während der Betonerhärtung nach dem BAW Merkblatt „Früher Zwang“ ermittelt. Diese Bewehrung wurde als Grundbewehrung für alle Seitenflächen gewählt.

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Die Beanspruchungen aus der Setzungsmulde und den Witterungseinflüssen wurden getrennt untersucht. Da die Beanspruchung aus der Setzungsmulde das Rissmoment des Querschnitts nicht erreicht, wurde das Rissmoment, ermittelt mit der Betonzugfestigkeit nach 28 Tagen, als Gesamtbeanspruchung für die Ermittlung der Mindestbewehrung im späteren Betonalter zugrunde gelegt. Für eine rechnerische Rissbreite wk = 0,25 mm wurde die Bewehrung gemäß dem Nachweiskonzept der DIN 1045-1 ermittelt. In Bezug auf die Betonierbarkeit wurde der Stababstand einheitlich mit 15 cm gewählt.

Bau- und Planungsstand Baulos A47 - Unterer Vorhafen 2005 - 2007 (Bild) AN: Arge Fa. Bunte, Hydro & Wacht AG: WNA Magdeburg Bausumme: rd. 5,5 Mio. € Baulos A41 - Schleuse Juni 2008 – 2013 Fertigstellung der Südschleuse 2012 AN: Arge Fa. Heitkamp, Bauer, Bunte AG: WNA Magdeburg Auftragssumme: rd. 62 Mio. € In Planung: Baulose Wehr und Pumpwerk

Literatur [1] Weisner, A.; Betonanforderungen und Betontechnologie beim Neubau der Doppelschleuse Hohenwarthe am Wasserstraßenkreuz Magdeburg, Beton-Informationen 1-2003 [2] Ehmann, R.; Bödefeld, J. Machbarkeitsstudie zur monolithischen Ausbildung der 2. Schleuse Wusterwitz, BAW Vom 10.12.03; [3] Westendarp A.; Rode U.; Weisner A.; BAW-Brief Nr.2 Frischbetontemperatur bei massigen Bauteilen; Mrz.08 [4] Merkblatt Rissbreitenbegrenzung für frühen Zwang in massiven Wasserbauwerken, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe 2004. [5] Tue, N. V. ; Schlicke, D. ; Bödefeld, J.: Beanspruchungen in dicken Bodenplatten infolge des Abfließens der Hydratationswärme. In: Bautechnik 84, Oktober 2007.

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Ing. B. Deleu, Voies Navigables de France Canal Seine Nord Europe

Seine-Nord Europe Canal: central segment of the Seine-Scheldt waterway link The Seine-Scheldt waterway is a priority project in the Trans-European Transport Networks and by 2015 will provide a high-capacity link from the Seine basin to those of the Scheldt, Rhine and Danube. This waterway link, which is crucially important for the development of the European high-capacity waterway network, will encourage the development of inland waterway navigation not only towards northern Europe but also to central and eastern Europe and the Black Sea. The Seine-Nord Europe Canal, situated entirely within France, runs for 106 km between Compiègne and the Cambrai region. It lies at the heart of the Seine-Scheldt waterway project and represents its central segment.

Figure no. 1 - General map of the Seine-Scheldt network (overall project) The Seine-Scheldt waterway link is a comprehensive project that aims to develop a competitive waterway transport system and at the same time promote regional development and sustainable economic expansion. Its ambition is to improve the structure of the northern European waterway network in order to meet the growing requirements of modern logistics in a more effective manner. Through the construction of an efficient network of multimodal ports, the first aim of the Seine-Scheldt waterway is to respond to the intensification and Seite 11

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greater efficiency of commercial exchanges between Europe and the rest of the world (25% of international exchanges) and within Europe (28% of international exchanges). In this way, it will help to promote the growth and redistribution of logistics activity in Europe through the adoption of a multimodal approach that combines all concentrated-volume transport modes (sea, waterway and rail) and road transport for more local services. The development of waterway infrastructure will lead to long- and medium-distance transport flows being transferred from the roads to the waterways and this in turn will help to avoid saturation on the major road axes in northern Europe. At the same time, this redistribution of transport modes will stimulate economic and industrial growth in the regions crossed and served. The creation of the Seine-Scheldt link involves work in both France and Belgium: - in France: the construction of the Seine-Nord Europe Canal between Compiègne (on the River Oise, near Paris) and Aubencheul-au-Bac (west of Cambrai) to provide a link between the River Seine and the Dunkirk-Scheldt canal, and the development of extensions running north (development of the Dunkirk-Scheldt and Deûle canals, development of the River Lys, reopening of the Condé-Pommeroeul canal) and south (the Oise from Compiègne to Conflans-Sainte-Honorine); - in Belgium, developments in Flanders (Lys and lower Scheldt) and Wallonia (Scheldt and Walloon backbone).

Figure no. 2 - The Seine-Scheldt network (global project) Seite 12

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1.

The Seine-Nord Europe Canal: a comprehensive transport system

The Seine-Nord Europe Canal is the central segment of the Seine-Scheldt waterway link. It will eventually connect the Oise (at Compiègne) to the Dunkirk-Scheldt canal (at Aubencheul-au-Bac, near Cambrai). Its principal goal is to remove the waterway bottleneck in France, by creating a new high-capacity section connecting the Seine network to that of northern Europe. This canal will stimulate the transport of goods by waterway and enable around 15 million tonnes of freight to be transferred to the waterway right from the early years of operation of the Seine-Nord Europe Canal. The Seine-Nord Europe Canal is designed not just as an infrastructure but as a comprehensive transport system and a regional development project. With a total land take of 2450 ha, the 106 km long, 54 m wide and 4.5 m deep canal will run from Compiègne to Aubencheul-au-Bac. It will comprise 7 locks, 59 road and railway bridges, 3 aqueducts and 2 storage reservoirs. It is also planned to build 7 transhipment quays, 5 boat harbours and 4 multimodal platforms. The construction of these 4 multimodal platforms, covering a total area of 360 ha, is intended to provide multimodal transport services (regular river shuttles running to and from seaports, rail shuttles) and attractive areas for setting up value-creating industries or logistics activities. The sites for the platforms were chosen in light of the complementary transport modes offered by existing infrastructure (rail at Nesle, road and motorway at Cambrai-Marquion, Péronne-Haute Picardie and Noyonnais) or infrastructure still to be developed, thus enabling the port platforms to act as hubs serving extensive regions. Eventually these logistics platforms will represent new sources of growth, economic development and job creation. They are also intended to accommodate logistical distribution centres and will thus help to concentrate waterway transport flows by developing waterway-railway-road intermodality. Example of a multimodal platform: Cambrai-Marquion

1- Marquion-Bourlon lock 2- A26 motorway interchange 3- Service area (restaurants, shops, services for transporters) 4- Container terminal 5- Industrial estate 6- Railway 7- Waste collection centre 8- Logistics estate 9- Industrial estate (light industries)

Figure no. 3 – Development planned at Cambrai-Marquion Seite 13

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Waterway transport forecast in 2020 - Capacity: 15 Mt - Containers: 30 000 TEU Port area: 156 ha - Comprising a logistics area (30 ha), business park (18 ha) and industrial and logistics estate (52 ha) linked to the waterway - A 20 ha container terminal Intermodal services: - A 1000 m quay - Rail services 1400 jobs in 2020 2. A crucial project for logistics operations in northern Europe At present 70% of intercontinental container goods exchanges involving the four French regions concerned by the Seine-Scheldt link (Nord Pas-de-Calais, Picardie, Ile-de-France and Haute-Normandie) transit through the ports of the Benelux countries, to be transformed in logistical distribution centres that are mostly concentrated in the Netherlands (900) and Flanders (400), while there are only about a hundred in France. The density of logistics activities around the Benelux ports can be explained by and is based on a dense transport infrastructure network - waterways in particular – which structures their hinterland. The major waterway corridors (notably the Rhine and the Albert Canal) are lined with inland multimodal platforms which act as advanced bases for the ports of Antwerp or Rotterdam. Lacking any comparable concentrated-volume axis, the link with France is still dominated by road transport. Situated on the most heavily used corridor in France in terms of goods transport and on the Lille-Paris-Lyons-Marseilles backbone, the Seine-Nord Europe Canal is a major investment that should profoundly modify the organisation of logistics chains in north-west Europe and reinforce France's strategic position with regard to this type of activity. One of the major challenges facing the Seine-Nord Europe Canal is – in parallel with the development of infrastructure – to link up the north European transport system via the development along the future canal and along the entire Seine-Scheldt waterway of platforms that will act as genuine economic hubs, offering land for creating industrial and logistics activities and areas for developing port and multimodal services benefiting large regions. It is by developing these multimodal economic hubs that it will be possible to attain the necessary concentration of flows for waterway and rail transport to be incorporated in logistics chains.

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Figure No. 4 - The Seine-Scheldt link (network of multimodal ports) 3.

Seine-Scheldt: a European project

The Seine-Scheldt European waterway link is a cross-border project that has been taken forward since November 2005 in the framework of permanent cooperation between the authorities in France, Flanders and Wallonia. In April 2004 it was already ranked 30th in the list of priority trans-European transport network projects and in July 2007 a joint grant application was filed by France, Flanders and Wallonia, with the support of the Netherlands. In November 2007, the European Commission agreed to the full grant of €420.32 million for the 2007-2013 period, of which €350 million was for the section in France (including €333 million for the construction of the Seine-Nord Europe Canal and its ancillary facilities, for which total investment will amount to €4 billion), thus placing the project in 5th position in terms of agreed funding. This proposed budget was unanimously accepted by the 27 Member States. Whereas Europe's contribution to the waterways has been limited to 1.2% of the total budget for transEuropean transport networks over the past 20 years, it has risen to 11.5% for this period Seite 15

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(Seine-Scheldt and Rhine-Main-Danube projects), thus signifying the interest of the public authorities in Europe for this sustainable transport mode. Following the signing of an interministerial declaration between France, Wallonia, Flanders and the Netherlands on July 20th last year with a view to harmonising tariffs along the entire link (from Conflans Sainte-Honorine in France to Ghent in Belgium), it was decided to set up an intergovernmental commission and a European economic interest group to facilitate the implementation of the Seine-Scheldt European waterway link and manage and administer the "added toll" levied to cover maintenance, regeneration and part of the funding for the infrastructure.

Bergen

Lappeenranta

Västeras

Main industrial areas

Oslo Karlstad Stockholm

Accessibility by water Glasgow Dublin

Göteborg Kopenhagen

Newcastle

Malmö

Manchester Birmingham Cardiff London Southampton Dunkerque Le Havre Rouen Nantes

Bordeaux Bilbao Porto

Hamburg Amsterdam Hannover Berlin Rotterdam Poznan Antwerpen Brussel DortmundHalle Keulen Lódz Dresden Lille

Frankfurt Praag Paris Neürenberg Strassbourg Stuttgart Linz Wien München Basel Bern Lyon Milano

Toulouse Genua Marseille Sète

Barcelona

Lisboa

Madrid Sevilla

Warschauw

Katowice Ostrava Brno Miskolc

Graz Györ

Budapest

Venetia Bologna Livorno

Sarajevo

Roma

Valencia

Napoli

Figure no. 5 - Map of European waterway network 4.

A competitive link

Waterway transport is a way of making the regions and their businesses more competitive by increasing the maximum barge tonnage and consequently reducing transport costs to a significant degree. On leaving a seaport, a load of 2000 TEU containers will require 7 barges, or 30-40 complete trains or 1500 lorries. The Seine-Nord Europe Canal will therefore offer companies that use the waterway, and especially those that at present send their goods via other means, new logistical solutions drawing on the inherent advantages of waterway transport, namely reliability and safety, and of course connections with the 20 000 km of high-capacity waterways in the European network along with the major advantage of high-capacity networks, competitive prices. The figure below compares the average direct costs (blue) and external costs (green) of transporting one tonne over a distance of 350 km by the different modes of transport (including the initial and final legs by road in the case of waterway and rail transport, whenever necessary). Seite 16

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Figure no. 6 - Road, rail, navigation: comparative costs

Figure no. 7 - Types of goods transported on the Seine-Nord Europe Canal: 2020 forecasts (tonne-km) 5.

Seine-Nord Europe Canal: a flagship project for Europe's sustainable development policy

The Seine-Nord Europe Canal is one of the flagship projects of the Grenelle Environment Forum, the multi-party debate organised by the French Government with the aim of incorporating sustainable development issues as widely as possible in the country's policies. The construction of the canal was included in the draft law on the environment to be put before parliament by the summer of 2008. In environmental terms, the Seine-Nord Europe Canal, and more generally the Seine-Scheldt link, will make a decisive contribution to sustainable development objectives. By encouraging Seite 17

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the transfer of a certain proportion of road traffic to the waterway, this high-capacity network will help to reduce greenhouse gas emissions. Pertinent environmental criteria will be taken into account in choosing sites for the multimodal platforms and with regard to overall project integration, and this work will be carried out in constant liaison with the localities concerned. The Seine-Nord Europe Canal project was designed with a concern for environmental protection: this will be a major priority along the entire canal alignment. The most sensitive sites have been identified and influenced the design of the project. The canal will also provide solutions to certain hydraulic problems, including both water supply and flood management, by significantly reducing the destructive effects of floods on rivers such as the Oise and Somme. Lastly, the waterway will help to develop tourism in the regions it crosses and promote their natural and even cultural heritage. In this way, it has a multifunctional character that makes it the infrastructure of sustainable development par excellence. 6.

The advantages of a public-private partnership arrangement

The law drafted after the Grenelle Environment Forum validates France's decision to implement the Seine-Nord Europe Canal in the context of a partnership agreement. The choice of a public-private partnership (PPP) will help to optimise the project, optimise the cost of the project and shorten completion times. Furthermore, the creation of private partner consortiums will draw together a wide range of highly specialised skills that are specifically suited to the various project functions at European level, covering everything from construction to all the services offered to the market and regions by the time the canal is opened, thanks to the multi-use functions of the waterway. This arrangement also makes it easier to manage complex projects in a more comprehensive manner by including the infrastructure and ancillary activities in a single contract. It creates a strong impetus by mobilising all the stakeholders concerned and contributes to regional development. According to the MAPPP (Mission d’Appui à la réalisation de contrats de Partenariats Publics Privés), public funding requirements for the Seine-Nord Europe Canal would be reduced by between 6% and 40% thanks to a PPP, depending on the assumptions made. In addition, through the competitive dialogue procedure, the project could be enriched by the development of ancillary economic activities proposed by the private partner in the framework of the project. Competitive dialogue indeed offers private operators and the public authorities the possibility of optimising the project progressively in order to choose the most appropriate solution while minimising risks. These discussions and exchanges of ideas often open perspectives for implementing innovative new solutions. If the French Government confirms that the Seine-Nord Europe Canal is to be built in the context of a PPP contract, calls for tender could be issued in the autumn of 2008 and the competitive dialogue started in early 2009. A European partnership

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Although it is situated entirely within the territory of France, the Seine-Nord Europe Canal is a European project requiring a European partnership for the design, construction, operation, regeneration and implementation of the platforms and ancillary activities. This complex, comprehensive project calls for the wide range of skills and variety of expertise of private partners from the different European countries. This cooperation and exchange between European private partners is crucially important for the success of the project. 7.

The main characteristics of the canal : canal longitudinal profile and canal alignement.

7.1

Canal longitudinal profile

The canal will extend over the 106 km separating Compiègne from the Dunkirk-Scheldt Canal via a series of 8 reaches, separated by 7 locks. The shortest reach is 6.7 km long (between Marquion and Oisy-le-Verger), and the longest about 40 km (between Campagne and Moislains). The summit level culminates at 102.50 m NGF (between Moislains and Havrincourt). The highest lock is 30 m and the lowest 6.4 m. The Seine-Nord Europe Canal joins the Oise and Sensée rivers directly by crossing the Somme via an aqueduct about 1300 m in length. Two other aqueducts are planned to cross the A 26 and A 29 motorways.

FUNCTIONAL DIAGRAM – CANAL LONGITUDINAL PROFILE

FIGURE N° 1 – CANAL LONGITUDINAL PROFILE The design based on the preliminary studies showed a considerable surplus of excavated material amounting to about 50 Mm3, located essentially along the longest reach between Campagne and Moislains and on the summit reach between Moislains and Havrincourt. The first stage of the preliminary design involved optimising the future canal alignment with a view to improving the volume of earthworks. In comparison with the initial alignment, the 40 km reach was raised by 2.50 m and the summit reach by 7.50 m, which meant that the surplus quantity of excavated materials could be halved. The overall earthworks balance following the preliminary design studies was as follows: Seite 19

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-

Excavation: 55 million cubic metres;

-

Fill: 25 million cubic metres;

-

Dumped surplus material: 30 million cubic metres.

A solution whereby the canal would cross the Artois hills through a tunnel or cut-and-cover sections was also contemplated. However, this option was abandoned owing to the serious hazards involved with this type of structure and the constraints it would pose for navigation: alternating transit, speed limited to 5 km/h, safety requirements for push-tows transporting hazardous substances. Elevation setting of reaches in the Oise valley: from Venette to Noyon (kilometre point 21.1) Reach no. 1 is at the elevation of the canalised Oise. Reach no. 2 is at that of the Oise Lateral Canal, to which it is connected. Elevation setting of reach no. 3: from Noyon (KP 21.1) to Campagne (KP 30.9) The choice of level for reach no. 3 was determined in light of the existence of structures requiring a level close to natural ground level (two turning basins, a wave attenuation basin and a multimodal platform) and the need to balance the quantities of earthworks (a slight surplus of excavated material remains, but this can be reused). Elevation setting of reach no. 4: from Campagne (KP 30.9) to Moislains (KP 71.1) The equilibrium level of excavation and fill was achieved with a water level between 72 and 74 m. Given that the maximum possible increase in height of the railway line between Amiens and Chauny-Tergnier was limited to 10.20 m owing to the connection level at Nesle station, the water level adopted at the preliminary design stage was 72.50 m. There is still a slight margin for optimisation depending on the design of the rerouted railway line. Elevation setting of reach no. 5: from Moislains (KP 71.1) to Havrincourt (KP 89.4) By raising the summit reach it is possible to reduce the surplus volume of excavated material. Out of principle, lock height was limited to 30 m in order to keep to the emptying times and flow speed limits in the filling and emptying pipes prescribed in the technical reference document. The reach level was set after an economic analysis taking into account the volume of excavation and the height (or number) of locks. The reach was set at elevation of 102.5 m. Elevation setting of reach no. 6: from Havrincourt (KP 89.4) to Marquion/Bourlon (KP 98.5) The level of reach no. 6 was set in such a way as to have a clearance of 4.80 m above the A26 motorway without modifying the motorway's longitudinal profile. Elevation setting of reach no. 7: from Marquion/Bourlon (KP 98.5) to Oisy-le-Verger (KP 105.1) The main constraint in setting the elevation of reach no. 7 is the local minor road 939. This heavily used road is situated at an elevation of 71.38, which means that the water level must be at 59.89 m. Here again, there is a margin for optimisation depending on how this road is rerouted. 7.2

Reference path

The reference path is the result of the studies, discussions and consultations conducted during the preliminary design stages. This is not the final alignment of the canal. The strip of Seite 20

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land proposed for the public enquiry, or "DUP corridor", is 500 m wide on average and will contain the final canal alignment. It corresponds to possible variations that may be made in the alignment by the time the works are carried out, as a result of greater accuracy in defining the project. The reference alignment of the Seine-Nord Europe Canal is described below, reach by reach, in three sectors.

FIGURE N°2 - REFERENCE ALIGNMENT OF THE SEINE-NORD EUROPE CANAL

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7.2.1

Compiègne – Noyon sector: reaches nos. 1 and 2

Reach no. 1: from Venette to Montmacq (KP 8.5) This first reach is about 12.2 km long and runs from Venette dam, including 8.6 km from north of Compiègne, which is the southern limit of the project, along the Oise. From the confluence with the Aisne, the alignment of the Seine-Nord Europe Canal first follows the course of the Oise, subject to a few works (on the right bank at Clairoix, and left bank at Choisy-auBac and Janville in order to maintain the 1000 m radius of curvature required for highcapacity navigation and to stay well away from the houses at Longueil-Annel). After KP 5 and as far as Montmacq lock (KP 8.5), the project involves building a new canal parallel to the Oise and the existing lateral canal. A quay will be built between Thourotte and Montmacq. This reach is at the same altitude as the Oise (31.02 m) and ends at Montmacq lock (KP 8.5), which has a lift of 6.41 m, i.e. the equivalent of Janville and Belle-Rive locks on the Oise Lateral Canal. Reach no. 2: from Montmacq (KP 8.5) to Noyon (KP 21.1) From Montmacq lock, the Seine-Nord Europe Canal is built on fill as far as Ribécourt; at Ribécourt, it connects with the existing Oise Lateral Canal (which will be redeveloped and widened), and continues to Passel. Finally, from Passel to Noyon lock, the new canal once again moves away from the existing canal and runs parallel to it over a distance of 2 km. This reach is 12.56 km long. Constructing it on fill helps to preserve the hydrological balance of a Natura 2000 ecologically sensitive zone, the Sainte-Croix meander. The Oise, which has been intercepted along this stretch, will be rebuilt on the eastern side of the new canal while on the western side the space left between the old meander of the Oise and the new canal will be maintained as an ecological and flood-spreading zone. After Ribécourt, the project connects with the existing Oise Lateral Canal, which will be widened and developed for high-capacity navigation as far as Passel. Two quays will be built to serve companies in the Ribécourt-Dreslincourt industrial estate. Widening work will be limited to the western side, with the centre line of the canal shifted by 19 m in order to preserve natural areas and the high-water bed of the Oise on the eastern side. This reach is at an elevation of 37.43 m. It ends at Noyon lock (situated at KP 21.1), which has a lift of 19.57 m. 7.2.2

Somme-Oise sector: reaches nos. 3 and 4

Reach no. 3: from Noyon (KP 21.1) to Campagne (KP 30.9) After Noyon, the reference alignment of the Seine-Nord Europe Canal runs to Porquéricourt, and then begins a wide curve northwards, moving away from Sermaize and Béhancourt, running to the east of Catigny and ending at Campagne lock, at the eastern edge of Le Quesnoy wood. This reach is 9.76 km long. At Catigny, the new canal is built on land used by the existing Canal du Nord, which will be shifted by a few hundred metres. Seite 22

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A business park and port area will be sited in the communes of Beaurains-lès-Noyon, Vauchelles and Porquéricourt, as well as a quay to serve the existing Noyon silo. This reach is at an elevation of 57 m and will end at Campagne lock (KP 30.9), which has a lift of 15.50 m. Reach no. 4: from Campagne (KP 30.9) to Moislains (KP 71.1) The alignment of the Seine-Nord Europe Canal runs to the west of the Canal du Nord and Somme valley. It crosses the river to the north of Péronne, and then continues east of the Canal du Nord, near Moislains. This 40.25 km reach is the longest on the Seine-Nord Europe Canal. The rougher terrain means that fill embankments will be required to a height of slightly over 20 m or excavations reaching a depth of more than 15 m. The Somme and its valley will be crossed between Biaches and Cléry-sur-Somme by means of an exceptional civil engineering structure, an aqueduct about 1.3 km long, with the water level being 26.5 m above the river. A storage reservoir for supplying the canal during dry-weather flows will be created in the Louette valley to the south-east of Allaines. The Seine-Nord Europe Canal crosses the Canal du Nord at the boundary of the communes of Allaines and Moislains. Boats will be able to pass from one canal to the other via a connecting lock. This reach features three stop-off places for pleasure boats at Ercheu, Saint-Christ-Briost and Biaches at the southern end of the aqueduct. A regional passenger terminal for tourists will be built near Péronne, between Cléry-sur-Somme and Allaines. Two multimodal platforms will also be built: Nesle in the communes of Nesle, Mesnil-SainteNicaise and Rouy-le-Grand, and Péronne Haute-Picardie in the communes of Éterpigny and Barleux. In addition, quays will be developed to serve the silos at Languevoisin and Clérysur-Somme. This reach is at an altitude of 72.5 m and ends at Moislains lock (KP 71.1), which has a lift of 30 m. 7.2.3

Nord-Pas-de-Calais sector: reaches nos. 5, 6, 7 and 8

Reach no. 5 : from Moislains (KP 71.1) to Havrincourt (KP 89.4) The route of the Seine-Nord Europe Canal passes to the east of the Canal du Nord, crosses the A2 motorway near Ruyaulcourt and then runs alongside it for about 5 km before once again running parallel to the Canal du Nord as far as Havrincourt. This reach is 18.15 km long. It is the highest of all, with the water surface at an elevation of 102.50 m. After consultation, it was clear that routing the Seine-Nord Europe Canal alongside the motorway would avoid having to break up farmland any further. Further on, at Havrincourt wood, the Canal du Nord will be realigned locally towards the west. The changes in relief mean that it will be mainly a question of excavating up to 30 m (in the Neuville-Bourjonval sector), and some embankments to over 20 m. A second storage reservoir (to supply the canal with water) is planned near ÉtricourtManancourt, in the Tarteron valley. This will supplement the reservoir in the Louette valley (see reach no. 4). A cereal wharf is planned to serve Moislains silo. Seite 23

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Moorings for pleasure boats are to be built between Hermies and Havrincourt. This reach is at an elevation of 102.5 m and ends at Havrincourt lock (KP 89.4), which has a lift of 22.5 m. Reach no. 6: from Havrincourt (KP 89.4) to Marquion-Bourlon (KP 98.5) The alignment of the Seine-Nord Europe Canal moves away from the Canal du Nord, running northwards, crosses the A26 motorway via an aqueduct (KP 97.1) and reaches Marquion-Bourlon lock. This reach is 9.10 km long. The changes in relief will require excavating to a depth of 10 m and embanking up to 20 m over the last two kilometres. A wharf for loading farm produce is planned at Graincourt-lès-Havrincourt. This reach is at an elevation of 80 m and ends at Marquion/Bourlon lock (KP 98.5), which has a lift of 20.11 m. Reach no. 7: from Marquion / Bourlon (KP 98.5) to Oisy-le-Verger (KP 105.1) The alignment of the Seine-Nord Europe Canal begins to the west of the A26 interchange, after crossing the RD 930, and passes between air base 103 and the village of SauchyLestrée, before ending to the north-east of Oisy-le-Verger. This reach is 6.60 km long. It is the last before the connecting reach with the Sensée Canal. It crosses the communes of Marquion, Sauchy-Lestrée and Oisy-le-Verger. A multimodal platform will be built at Marquion/Sauchy-Lestrée. This reach is at an elevation of 59.89 m and ends at Oisy-le-Verger lock (KP 105.1), which has a lift of 25 m. Reach no. 8: from Oisy-le-Verger (KP 105.1) to the Sensée Canal (KP 106.1) This is the shortest reach (1.04 km) and the last on the Seine-Nord Europe Canal. It connects with the Sensée Canal. This last reach, only 1 km long, concerns the communes of Oisy-le-Verger and Aubencheulau-Bac. It is at an altitude of 34.89 m.

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Dipl.-Ing. U. Krenz, Bilfinger Berger AG, Wiesbaden Naga Hammadi – die neue Staustufe am Nil

1. Projektbeschreibung 1.2 Bestehende Staustufe Die alte Naga Hammadi Staustufe, gebaut 1930, sichert die Bewässerung und damit die landwirtschaftliche Nutzbarkeit von ca. 320.000 ha Land in Oberägypten. Aufgrund des baulichen Zustandes und gestiegener Anforderungen wurden 1993 eine Konzeptstudie, 1994 eine Zwischenstudie sowie 1997 eine Machbarkeitsstudie über Rehabilitation oder Ersatz des Bauwerkes durchgeführt. Deren Ergebnis führte zu Planung und Bau einer neuen Staustufe 3,5 km flussabwärts, die zusätzlich mit umweltfreundlicher Wasserkraft einen wichtigen Beitrag zur Stromversorgung des Landes liefern wird.

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1.3 Neue Staustufe Die Bauarbeiten am 336 m langen Dammprojekt begannen im Jahr 2002. Nach Ihrer Fertigstellung 2008 wird die neue Naga Hammadi Staustufe: •

das bisherige Stauniveau um 50 cm anheben und die Landbewässerung nachhaltig gewährleisten

•

mit 460 GWh Stromerzeugung pro Jahr den Bedarf von 200.000 Haushalten decken

•

die Kapazität des Schiffverkehrs durch 2 Schleusen erhöhen

•

die Verkehrsverbindung über den Nil verbessern

•

zusätzliche 60.000 ha Fläche landwirtschaftlich nutzbar machen

1.4 Bauherr und Finanzierung Bauherren des Gesamtprojektes sind das Ministry of Water Resources and Irrigation und das Ministry of Electricity and Energy of the Arabic Republic of Egypt. Als Consultant fungiert ein internationales Konsortium aus Lahmeyer International (Deutschland), Sogreah (Frankreich) und Electrowatt (Schweiz). Die geplanten Projektgesamtkosten von ca. 400 Mio. € inklusive Planungs- und Beratungsleistungen werden finanziert durch Kredite der KfW Entwicklungsbank und der Europäischen Entwicklungsbank, EIB. 2. Konzept 2.1 Konzept der Staustufe Die im Zuge der Planung durchgeführten Studien umfassten geologische Untersuchungen, Pumpversuche und 3D-FEM-Grundwassersimulationen sowie Analysen des Einflusses auf Landwirtschaft und Umwelt. Zur hydraulischen Bemessung der Staustufe und zur Optimierung von Leistung und Design führten die Planer 2D-Simulationen der Flusshydraulik für den Umleitungszustand und Endzustand durch. Weiterhin wurden von 1997 bis 1999 am Hydraulics Research Institute in Kairo Versuche mit einer Modellanlage im Maßstab 1:30 vorgenommen. Wesentliche Elemente sind: 1 – Wasserkraftwerk mit 4 Turbinen 2 – Wehranlage mit 7 Durchlässen a 17 m Breite 3 – Zwei Schifffahrtsschleusen, je 17 m breit und 160 m lang 4 – permanente Dichtwand „Cut-off-Wall“ unterhalb der neuen Staustufe 5 – permanenter Hochwasserschutzdamm „Closure Dyke“ entlang des östlichen Nilufers zum Schutz des bisher regelmäßig überfluteten Umlandes „Flood-Channel“ Kraftwerk, Wehranlage und Schleusen wurden in einer Baugrube im Nilbett erstellt. 6 – temporärer Umleitungskanal 7 – temporäre Kofferdämme 8 – temporäre Dichtwand umlaufend um die Baugrube Seite 26

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Die Leistungsfähigkeit der Staustufe wurde auf die Sicherstellung der benötigten Bewässerung und auf die Abführung des Nilhochwassers ausgelegt, das Kraftwerk daher nur als Laufwasserkraftwerk geplant. Die neue Normstauhöhe liegt mit 65,90 m ü. NN bis zu 50 cm höher gegenüber dem alten Staupegel. Der Normdurchfluss von 350 m³/s bis 1,670 m³/s erfolgt vollständig durch das Kraftwerk mit geschlossenen Wehrschützen. 2.2 Umleitung des Nils Besonderheit des Projektes ist die vollständige Umleitung des Nils unter Aufrechterhaltung der Schifffahrt. Dieses Verfahren wurde bisher nur beim Bau des Assuan Staudamms angewendet und ermöglichte die ungeteilte Herstellung des Bauwerks in einer Baugrube. Der dazu benötigte Umleitungskanal mit einer Länge von 1,1 km und einer minimalen schiffbaren Breite von 100 m wurde für einen Abfluss von 2900 m³/s (100jähriges Hochwasser) ausgelegt. 3. Baugrube 3.1 Geologie und Baugrubenkonzept Ausschlaggebend für die Positionierung der neuen Staustufe waren die geologischen Randbedingungen. Sie werden bestimmt von den jungen quartären Flussablagerungen des Nils. Diese Nilalluviale bestehen aus scheinbar willkürlich verteilten Sedimentationseinheiten, die sich im Baustellenbereich in 3 wesentliche Schichten unterteilen lassen.( Holozäner toniger, sandiger Schluff, pleistozäne Sande und Kiese, sowie pleistozäne Tone und Schluffe). Die hier vorhandene, 40 m bis 55 m tief liegende wasserundurchlässige Schluff/Tonschicht konnte zur Abdichtung der 240.000m² großen Baugrube gegen aufsteigendes Wasser im Bauzustand genutzt werden. Der Grundwasserspiegel korrespondiert grob mit dem Nilwasserstand. Einige Probebohrungen zeigten auch artesische Wasserstände, die sich aber nicht systematisch in den sehr inhomogenen Boden einordnen ließen. 3.2 Kofferdämme Die Herstellung der beiden Kofferdämme, und damit der Einbau von 530.000 m³ Dammbaumaterial, wurde wegen des Niedrigwasserstands auf die Winterzeit gelegt. Beginnend mit dem stromaufwärts liegenden Kofferdamm wurde der Nillauf vollständig unterbrochen. 3.3 Temporäre Dichtwand Zur Abdichtung der Baugrube stellte die Fa. Bauer, Subunternehmer der Bau-ARGE, in den Umfassungsdämmen die 1815 m lange 2-Phasen-Dichtwand her. Die ca. 95.000 m² Dichtwand wurde 44 bis 59 m tief abgetäuft, um 3 m Einbindetiefe in die grundwasser-sperrende Schicht zu gewährleisten.

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3.4 Permanente Dichtwand In der Achse der Betonbauwerke sah das Konzept 23.000 m² permanente 2-PhasenDichtwand vor, die über die gesamten Stauanlagenbreite mit den Bauwerken verbunden wurde. Wasserumläufigkeiten um die Staustufe und deren negative Einwirkungen auf die Bauwerksgründungen sind dadurch langfristig minimiert. Gleichzeitig wird die Auftriebssicherheit der Bauwerke positiv beeinflusst. Die Sohle der Staustufenbauwerke sowie die äußeren Wände am rechten und linken Ufer wurden an den bewehrten Kopfbalken der Dichtwand wasserundurchlässig angeschlossen 4. Wasserbau Für die Erstellung des Umleitungskanals sowie zur Befestigung des Nillaufes für die neue Staustufe mussten umfangreiche Aushubarbeiten durchgeführt werden sowie anschließend Kanalbett, Flussbett und Böschungen entsprechend den hydraulischen Erfordernissen verstärkt werden. Die sich an den Trockenaushub des Umleitungskanals anschließenden Hauptarbeiten waren: •

Unterwasseraushub („Dredging“) und Profilierung mit Saugbaggern

•

Einbau von Geotextillagen und Flussbettbefestigung

Der Umleitungskanal sowie das Nilbett inner- und außerhalb der Baugrube wurden mit insgesamt 500.000 m² Geotextil und 740.000 m³ Steinpackung („Riprap“,) und Kies verstärkt. Die Kontrolle der Aushubtiefen und -massen der Nassbaggerarbeiten erfolgte durch eine vorgeschaltete Aufnahme der Oberflächen in einem 10 m x 10 m Raster sowie dann baubegleitend zu den Aushubarbeiten regelmäßig mittels GPS und Echolot. Vor dem Einbau von Geotextil bzw. Riprap überprüfte der Consultant die geforderte Aushubgenauigkeit (+0 bis 25 cm) abschnittsweise per Echolot. Der Schwimmbagger spülte das Aushubmaterial über eine, bis zu 3 km lange, nilquerende Druckleitung in die zur Landauffüllung vorgesehenen Bereiche des Flood-Channel. 4.1 Einbau des Geotextils Der Einbau des Geotextils erfolgte unter fließender Strömung von bis zu 1,5 m/s in bis zu 10 m Wassertiefe. Dabei musste zwischen einzelnen Vliesbahnen eine minimale Überlappung von 50 cm eingehalten werden, erschwert durch Sichtweiten von nur 10 cm für Taucherarbeiten. Mit Vorversuchen wurden verschiedene Verfahren getestet. Ausschlaggebend für die Wahl des folgenden Verfahrens waren neben der gesicherten korrekten Positionierung des Geotextils auch die Verfügbarkeit benötigter Gerätschaft, Kosten sowie die notwendigen Einbauleistungen.

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5. Betonarbeiten und konstruktive Besonderheiten 5.1 Eckdaten Im Zuge der gesamten Baumaßnahme wurden 393.000 m³ Beton und 48.000 t Bewehrungsstahl eingebaut, verbunden mit 265.000 m² Schalung. Ihre Herstellung musste in enger Abstimmung mit den einzubauenden Kraftwerkselementen und der Wehr- und Schleusentechnik der anderen Lose geschehen. Für die Ordnung dieser überlappenden Arbeiten der verschiedenen Lose wurden die Betonarbeiten in Erst-, Zweit- und Drittbetonabschnitte gegliedert. Größte Herausforderung der Betonarbeiten war die sehr kurze Kernbauzeit von 18 Monaten (von 11/2004 bis 06/2006) für alle Erstbetonbauwerke. Diese Bauphase war geprägt durch zahlreiche vertragliche Meilensteine für die Bauabschnitte, welche die Schnittstellen zu den anderen Losen definierten. Die zum Gesamtbauwerk gehörende Brücke, ausgelegt auf 70 t Verkehrslast, führt über alle drei Bauabschnitte Kraftwerk, Wehr und Schleusen und ist in den folgenden Längsschnitten der Staustufenelemente beschriftet. Im Bereich des Wehres wurde die Brücke – wie der Einlassträger im Kraftwerk – ohne Lehrgerüst unter Verwendung von Fachwerkträgern als Unterkonstruktion hergestellt. Die Turbineneinheit wird von beiden Seiten von zwei Ablenkbauwerken, auch Hauptpfeiler genannt, eingefasst. Diese Bauwerke, welche im Grundriss der Querschnittsgeometrie einer Flugzeugtragfläche ähneln, wurden als Vorlaufabschnitte hergestellt. Dadurch konnten die Turbineneinheiten und die Wehrelemente frühzeitig angeschlossen werden. Die Hohlkammern in diesen Stützbauwerken wurden teilweise mit Ballast gefüllt, bevor die obere Decke geschlossen werden konnte. Die Erstbetonarbeiten umfassten die Herstellung aller tragenden und einspannenden Bauteile sowie der Fundamente zur Aufnahme der Turbinen. Die bekannte Problematik der Qualität von Arbeitsfugen zwischen Erst- und Zweitbeton wurde durch den Einsatz von großflächigen Streckmetallschalungen und Rückbiegebewehrung oder Bewehrungsschraubanschlüssen gelöst.

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Der Zweitbeton betraf hauptsächlich den Anschluss beziehungsweise den großflächigen Verguss von Einbauteilen und tragenden Turbinenelementen mit der tragenden Betonkonstruktion. Einzelne Zweitbetonabschnitte hatten Volumina von bis zu 100 m³. Herauszuheben ist die sehr hohe Bewehrungskonzentration auf engem Raum, die eine große Herausforderung an die Bewehrungsarbeiten und die Betoneinbautechnologie in diesen Abschnitten darstellte. Der Drittbeton umfasste im Wesentlichen die Vergussarbeiten von Maschinenfundamenten und Einbauteilen. Große Herausforderungen lagen vor allem in der Ausbildung des Gefällebetons mittels einer einhäuptig geneigten Schalung als Hauptbestandteil der Herstellung eines jeweils 1300 m³ umfassenden Betonierabschnittes. Auf Grund der geforderten Pumpfähigkeit des Betons und des gleichzeitig sehr hohen Anspruches an die Ebenheit der Oberfläche wurde eine Modulschalung entwickelt, welche die geforderten Kriterien sicherstellte.

6. Betontechnologie 6.1 Randbedingungen Für den Entwurf der Betonzusammensetzungen mussten verschiedene Zwangspunkte berücksichtigt werden: 6.2 Bauteilgeometrie Es wurden nahezu ausschließlich massige Bauteile mit Bauteildicken von bis zu 5 m hergestellt. Zur Reduktion von Zwangsspannungen sollte der Beton während der Erhärtung eine möglichst geringe und langsame Wärmeentwicklung aufweisen. Um dies sicherzustellen, waren die zulässigen Frischbetontemperaturen beim Einbau auf 25°C und die maximale Temperatur im Bauteilkern auf 53°C beschränkt, mit einem zulässigen Temperaturgradienten von kleiner 20°C zur freien Oberfläche des Betonkörpers. Für den Zement waren bezüglich der Hydratationswärmeentwicklung nach der semi-adiabatischen Langavant Methode Grenzwerte von 200 J/g spezifiziert. Diese wärmetechnischen Grenzwerte konnten nur mit Seite 30

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einer Mischung aus Zement, Schlacke und Flugasche zielsicher erreicht werden, deren Anlieferungstemperaturen zusätzlich auf maximal 50°C begrenzt waren. 6.3 Klimatische Randbedingungen Eine weitere Herausforderung für die Wärmetechnik bildeten die Tagestemperaturen die von Mai bis September bei bis zu 49°C im Schatten liegen können, während die Nachtemperaturen in diesem Zeitraum zwischen 20 und 25°C betragen. Im Winter fallen die Temperaturen auf 7 bis 22°C. Damit ergibt sich bereits aus dem normalen Tagesverlauf der Temperaturen ein Gradient von 15 bis 20°C. Zur Einhaltung der geforderten Frischbetontemperatur an der Einbaustelle von 25°C musste neben der Kühlanlage für Anmachwasser eine zusätzliche Frischbetonkühlung mit Scherbeneisanlagen installiert werden.

6.3. Logistik und Einbau Die Betonanlage bestand aus zwei baugleichen Mischanlagen Johnson 430 mit 3 m³ Freifallmischern sowie einer Elba Anlage mit 3 m³ Zwangsmischer. Die Nennleistungen der einzelnen Anlagen betrugen je 90 m³ pro Stunde mit einer effektiven Mischleistung von 60 bis 65 m³ pro Stunde. Damit konnten die Spitzenleistungen für die Betonproduktion von 100 m³ pro Stunde von den beiden Johnsonanlagen abgedeckt werden. Für die drei Anlagen standen zur Bevorratung insgesamt 12 Zementsilos mit je 40 Tonnen Kapazität für Zement und Flugasche zur Verfügung. Zur Kühlung des Anmachwassers war eine Kühlanlage mit einem isolierten Vorratsspeicher installiert, welche eine Wassertemperatur von 5°C mit einer Leistung von 6,4 m³ pro Stunde produzierte. Zur Steuerung der Frischbetontemperatur auf die geforderten 25°C wurden für jede der Johnson Mischanlagen je eine Scherbeneisanlagen Typ Flip 42 der Firma KTI Plersch Kältetechnik (Leistung je 1,75 Tonnen pro Stunde) mit einem Vorratscontainer von 23 Tonnen installiert. Die Parameter der Anlage mussten auf die maximale Betonleistung im Sommer ausgelegt werden. Seite 31

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Für den Betontransport zur Einbaustelle standen 20 Mischfahrzeuge mit Trommelkapazitäten von je 8 m³ zur Verfügung. Zur Kühlung wurden die Trommeln mit einem Jutetuch bespannt das permanent nass gehalten wurde.

6.4 Qualitätssicherung Zur Sicherstellung der Qualität der Baustoffe war ein Labor eingerichtet, das für eine Qualitätskontrolle für den Erdbau und den Betonbau ausgestattet war. Die Labormannschaft rekrutierte sich aus lokalem Personal, das von einem deutschen Baustoffingenieur geleitet wurde. Zur Sicherstellung der Betonqualität wurden die Standardtests an den Ausgangsstoffen in regelmäßigen Abständen durchgeführt. Während der Bauzeit musste die Hydratationswärme der Bindemittel mit der Langavant Methode nachgewiesen werden. Auf der Baustelle wurde zur Kontrolle der Hydratationswärme permanent in jeweils zwei bis drei Massenbetonbauteilen parallel mit Thermologgern (8 Kanäle) die Kern- und Randtemperaturen über Zeiträume von jeweils 2 bis 3 Wochen gemessen. Die Gesteinskörnungen wurden während der gesamten Bauzeit mit Schnelltests auf ihre Alkali-Silika-Reaktivität überprüft.

7. Technische Aspekte der weiteren Lose 7.1 Stahlwasserbau Mit dem Leistungspaket Los 2 beauftragte der AG die Firma DSD NOELL. Der Lieferumfang beinhaltete die Stahlbauarbeiten für Wasserkraftwerk, Wehranlage und Schleusen. Der Einbau erfolgte parallel und eng verzahnt mit den Betonarbeiten. Wasserkraftwerk: •

2 Sätze Rollschütze 14,2 x 15,4 m

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3 Krane (10 bis 200 t) Seite 32

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•

4 Sätze Rechen (16,7 x 25 m)

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2 Stück Rechenreinigungsmaschinen

Wehranlage: •

maximaler Ablauf von 7000 m³/s

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7 Radial-Segmentschütze b = 17,0 m, h = 13,5 m, mit hydraulischen Antrieben

•

Aufsatzklappen auf Segmentschützen steuern Durchfluss bis 800 m³/s

•

2 Sätze Notverschlüsse

•

1 Kran (50 t)

Schleusen: •

3 Stemmtore und 1 Drehsegment 17,0 x 5,1 bis 11,6 m mit hydraulischen Antrieben

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1 Satz Notverschlüsse, 2 Sätze Schiffstoßschutzanlage

•

4 Sätze Umlaufverschlüsse mit hydraulischen Antrieben

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2 Krane (35 t)

•

minimale Füll-/Absenkzeit von 11 Minuten

7.2 Turbinen, Generatoren, Elektrische Ausrüstung Der Leistungsumfang VA TECH Escher Wyss und VA TECH Hydro, umfasste Lieferung und Montage der Turbinen und Generatoren mit folgenden Eckdaten: •

4 Rohrturbinen mit 3-blättrigen Propellern, Durchmesser 6,8 m

•

4 Generatoren, angetrieben mit 71,4 Umdrehungen pro Minute

•

Maximaldurchfluss je Turbine 460 m³/s

•

Gesamtleistung 4 x 16 MW = 64 MW

•

Durchschnittliche Jahresenergieproduktion von 460 Gigawattstunden Seite 33

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•

Elektrische Ausrüstung, Steuerungstechnik für Kraftwerk und Schleusen sowie das 220KV Umspannwerk.

Mit der 31,5 km 220 kV-Überlandleitung wird der Strom des neuen Kraftwerks in das nationale Stromnetz eingespeist werden. Die Strecke wird mit Gitterstrommasten im maximalen Abstand von 370 m überbrückt. (rein ägyptische Leistungen)

7.3. Wertschöpfung Der Auftraggeber, das Ministry of Water Resources und Irrigation, hatte bereits bei den Vertragsverhandlungen großen Wert auf eine ägyptische Wertschöpfung gelegt, mit der Einbindung von lokalen Nachunternehmern. Mit der Vergabe von großen Nachunternehmerleistungen an lokale Unternehmen wie z.B.: Bau der Wohnhäuser des Konferenzgebäudes, der Betriebsgelände und Werkstätten, Nassbaggerarbeiten, Trockenaushub, Verlegen von Bewehrungsstahl sowie Lieferleistungen von Beton-Zuschlagsstoffen wurde zusammen mit über 3.000 ägyptischen Mitarbeitern dieser Forderung Rechnung getragen. 8. Ökologische Aspekte 8.1 Anpassung der Head Regulators Die neue Staustufe staut den Nil um 50 cm höher an als zuvor. Zwei bestehende und weiter zu nutzende „Head-Regulators“ regulieren die Wasserstände der 150 km und 200 km langen Bewässerungskanäle westlich und östlich der Naga Hammadi Barrage. Sie mussten an den neuen Wasserstand angepasst werden. Die bestehenden Sohlen der Bauwerke wurde mit 75 cm dicken Stahlbeton verstärkt und das Mauerwerk an insgesamt 37 Injektionsstellen mittels vertikaler Injektionsbohrungen mit Zementsuspension verpresst. Die Flachschütze wurden durch neue, automatisch steuerbare ersetzt. 8.2 Landgewinnung Der Hochwasserschutzdamm „Closure Dyke“ ermöglichte es, 130 ha neues Land als landwirtschaftlich nutzbare Fläche zu gewinnen. Die für Umleitungskanal und Baugrube ausgehobenen Massen wurden dazu in den Flood Channel gespült bzw. transportiert. Die mit der Seite 34

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neuen Staustufe optimierten Bewässerungsmöglichkeiten werden genutzt, um weitere 60.000 ha Land zur landwirtschaftlichen Nutzung zu erschließen. 8.3. Zusätzliche Umweltvorhaben Begleitend zum Bau der neuen Staustufe wurden zwei zusätzliche Umweltvorhaben im Umfang von etwa 26 Mio. € notwendig, um die landwirtschaftliche Entwässerung sowie die bestehenden Gebäude und Sanitärsysteme an den steigenden Grundwasserspiegel anzupassen und den entwicklungspolitischen Erfolg des Projektes sicherzustellen. Der Anstieg des Grundwasserspiegels im Umland der neuen Naga Hammadi Barrage hätte negativen Einfluss auf die Landwirtschaft gehabt: •

Gefahr von Bodenversalzung

•

Beeinträchtigung der bestehenden Abwasser- und Sanitäreinrichtungen

•

Schäden an bestehenden Bauwerken und Gründungen

Mittels Ausbau und Rehabilitation der Felddränagen und Bewässerungskanäle, dem Neubau einer Pumpstation und der Erneuerung einer weiteren, der Entwicklung und Einführung eines nachhaltigen Unterhaltskonzeptes der neuen Anlagen sowie der Absenkung des Grundwassers im Ortsbereich zum Schutz gefährdeter Bausubstanzen wurde der Problematik entgegengewirkt .

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Dipl.-Ing. C. Tarras, Dr.-Ing. S. Woltering, bremenports, Bremerhaven Neubau der Kaiserschleuse in Bremerhaven Historie und Planungsrandbedingungen: Die alte Bremerhavener Kaiserschleuse wurde 1897 als damals größte Schleuse der Welt fertig gestellt. Die Schleusenkammer wies dabei - bis zu Ihrer Außerbetriebnahme im Zuge des Neubaus am 2. Januar 2008 - eine Größe von 215 m Länge sowie 45 m Breite auf. Die Durchfahrtsbreite an den Häuptern war jedoch auf 28 m beschränkt. Die Drempeltiefe betrug NN -8,95 m. In Abhängigkeit von Tide und Windverhältnissen konnten Schiffe mit Maximalabmessungen von L = 185 m, B = 25 m und einem Tiefgang von maximal 8,50 m geschleust werden. Das Außenhaupt wurde zur damaligen Zeit als doppeltes Stemmtorpaar konzipiert, das Binnenhaupt erstmalig im Schleusenbau als Schiebetor ausgeführt. Neben dem, mit insgesamt 110 Jahren Betriebsdauer, sehr hohen Alter der Schleusenanlage und den damit naturgemäß auftretenden Problemen hinsichtlich Betrieb und Unterhaltung eines in die Jahre gekommenen Bauwerks sind insbesondere auch die Anforderungen der Hafenwirtschaft an leistungsfähige Anlagen des Hafenbetriebs von wesentlicher Bedeutung in Bezug auf den reibungslosen Ablauf der Umschlagstätigkeiten. Seit Beginn der Siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts hat sich der Fahrzeugumschlag in Bremerhaven neben dem Containerumschlag zu einem wertschöpfungsintensiven und zentralen ökonomischen Standbein der Wirtschaft und des lokalen Arbeitsmarktes entwickelt. Seit 1995 bis zum heutigen Tag hat sich das Volumen von rd. 0,8 Mio. auf über 2 Mio. Fahrzeugeinheiten per anno mehr als verdoppelt. Auch zukünftig werden Bremerhaven - unabhängig von strukturellen Veränderungen in Produktion und Nachfrage im Automobilsektor beachtliche Zuwachsraten, vor allem im Fahrzeugexport prognostiziert. Mit einem 2006 erreichten Exportanteil von über 60 % zählt der Hafen an der Wesermündung zu den führenden Automobilumschlagsplätzen der Welt und ist europaweit der größte Hafen für den interkontinentalen Fahrzeugumschlag. Aber auch unabhängig von diesen positiven Entwicklungen ist bereits seit mehreren Jahren offensichtlich, dass der Standort seine herausgehobene Stellung im wachsenden Markt des Automobilumschlags nur dann behaupten kann, wenn die dafür notwendigen infrastrukturellen Voraussetzungen geschaffen werden. Bedingt durch den Tidehub der Weser sind die auf den Transport von Automobilen spezialisierten Ro-Ro-Schiffe auf die Nutzung der tidefreien Hafenbereiche und daher auf die Nutzung der Schleusen angewiesen. Während die 1932 in Betrieb genommene Nordschleuse als zweite Zufahrtsmöglichkeit in die Hafenareale heute noch nahezu alle betrieblichen Anforderungen erfüllt, war die alte Kaiserschleuse den Anforderungen der modernen Seeschifffahrt nicht mehr gewachsen. Die Nordschleuse fungierte somit größtenteils als alleinige ZuSeite 36

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fahrtsmöglichkeit für die Schifffahrt mit entsprechenden Risiken für den Umschlagsbetrieb bei Ausfall der Anlage. Unter anderem aus den vorgenannten Gründen ist es daher unerlässlich, zwei hauptschifffahrtstaugliche Schleusen zum Autoterminal Bremerhaven vorzuhalten, d.h. den Neubau der Kaiserschleuse mit entsprechenden Abmessungen energisch voranzutreiben. Der Senat der Freien Hansestadt Bremen hat daher im Juli 2005 entschieden, den Neubau der Kaiserschleuse mit den Abmessungen im Verhältnis Kammerlänge / Durchfahrtsbreite / Wassertiefe = 305 m / 55 m / NN -13 m durchzuführen. Im weiteren wurde dabei festgelegt, dass die Schleuse an gleicher Stelle wie die vorhandene Anlage errichtet werden soll und den nautisch zwingend erforderlichen Ausbau des Vorhafens sowie die Errichtung eines Schlepperhafens im Schutz der verlängerten Ostmole inkludiert. Über beide Schleusenhäupter wird eine zweispurige schwerlasttaugliche Straße geführt, welche gleichsam eine verbesserte Erreichbarkeit des Kreuzfahrt- und Fruchtterminals auf der bisher nur eingeschränkt zugänglichen Columbusinsel (s. Abb. 1) gewährleisten soll.

Abb. 1: Überseehafen Bremerhaven – Topografie

Planungsgrundlagen: Für den Schleusenneubau sind im Wesentlichen die folgenden Grundlagen und Randbedingungen zu berücksichtigen. Der Bemessungshochwasserstand für den Bereich der Kaiserschleuse liegt auf NN 6,95 m und wurde für die Planung der senkrechten Bauteile mit einem Zuschlag von 0,65 m infolge Wind und Wellen auf insgesamt NN 7,60 m festgelegt. Da die Kaiserschleuse eine Öffnung in der öffentlichen Deichlinie darstellt, ist entsprechend den Anforderungen an den Hochwasserschutz eine doppelte Verschlusssicherheit durch die Schleusentore zu gewährleisten. Ausgehend von den Wasserständen der Weser und den möglichen Wasserständen im Binnenhafen wurden die Betriebswasserstände für die neue Schleuse auf HSW NN 2,80 m sowie NSW NN -3,00 m festgelegt. Unter nautischer Beteiligung von Fachbehörden, zuständigen Lotsen und Schlepperreedereien sowie wissenschaftlicher Begleitung wurden die Hauptabmessungen und generellen Anforderungen des Gesamtbauwerks diskutiert. Aus den Seite 37

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Ergebnissen - u.a. der Simulation von Schiffsbewegungen im Schleusenbereich - ergaben sich die Vorhafengeometrie sowie Form- und Länge der Mole. Während der Vergabephase im Rahmen des - erstmalig in Deutschland zur Anwendung gebrachten - Wettbewerblichen Dialogs wurde das Schleusenbauwerk u.a. geringfügig gegenüber der Entwurfsplanung gedreht. Hierdurch konnten erhebliche Vorteile in Bezug auf eine deutliche Verringerung beim Abbruch und Rückbau der alten Anlage erzielt werden. Weiterhin konnte hierdurch denkmalgeschützte Altsubstanz am ursprünglichen Standort erhalten bleiben. Das neue Schleusenbauwerk gliedert sich dabei im Wesentlichen in die folgenden Bauteile (s. auch Abb. 2):  Außenhaupt mit Drempel und Düker, Toranschlag und Torkammer zur Aufnahme des weserseitigen Schiebtors  Binnenhaupt mit Drempel, Toranschlag und Torkammer zur Aufnahme des hafenseitigen Schiebetors  Schleusenkammer  Stahlwasserbau, Antrieb- und Steuerungstechnik  Vorhafen mit den erforderlichen Hochwasserschutzbauwerken  Schlepperhafen  Verkehrsanlagen und Betriebsgebäude

Abb. 2: Übersicht der neuen Schleusenanlage (Altbestand grau hinterlegt)

Drempel und Toranschlagpfeiler des Außenhaupts werden monolithisch als fugenloses Stahlbetonbauwerk ausgeführt. Die Torkammer selbst besteht aus kombinierten Spundwänden mit einem Stahlbetonholm und einer auftriebsgesicherten Stahlbetonsohle. Die Torkammer wird dabei so ausgebildet, dass Sie als fertige Bauwerksauskleidung fungieren kann. Das Binnenhaupt am nördlichen Ende der Schleusenkammer wird als ein Bauteil monolithisch und fugenlos als Stahlbetonbauwerk vollständig im Wasser hergestellt. Die Wände haben Dicken von 2,0 m – 2,5 m, die Stahlbetonsohle oberhalb der Unterwasserbetonsohle ist 3,0 m mächtig. Die Verankerung der Bauwerkssohle erfolgt dabei analog zur Verankerung des Außenhaupts mit Hilfe von Kleinbohrpfählen. Da das Binnenhaupt außerhalb der AltbeSeite 38

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bauung liegt, wird dieses komplett im Schutz einer ausgesteiften Spundwandbaugrube erstellt. Beide Torkammern sind dabei so dimensioniert, dass sie im Rahmen kleinerer Unterhaltungsarbeiten gelenzt werden können. Des Weiteren können jeweils zwei Schleusentore „von außen“ so an Drempel und Toranschlag gelegt werden, dass ein Lenzen des Drempels für Revisionsfälle ermöglicht wird. Die Kammerwände der Schleusenkammer werden aus einfach verankerten Stahlspundwänden mit stahlbaumäßigem Anschluss und aufgesetztem Stahlbetonholm errichtet. Die Schleusenkammersohle wird mit einer 1,0 m starken losen Steinschüttung auf geotextilem Filter gesichert. Die nautische Ausrüstung der Schleusenkammer besteht neben Nischenpollern und Steigleitern aus zwei jeweils 1 m breiten hölzernen Schwimmstegen sowie landseitig angeordneten 1 MN Sturmpollern mit separater Gründung. Der östliche Vorhafen dient der sicheren Ein- und Ausfahrt der Schiffe in die Schleuse. Die Vorhafenwände werden als einfach verankerte, kombinierte Spundwände mit stahlbaumäßigem Anschluss hergestellt. Um die doppelte Verschlusssicherheit für den Hochwasserschutz sicherzustellen, werden Häupterverbindende Hochwasserschutzwände errichtet. Der Anschluss an die vorhandene HWS-Linie nördlich der Schleuse erfolgt mittels einer Wellenspundwand. Der südliche angrenzende Lohmanndeich wird an die Lage der neuen Schleuse angepasst und bis an das Außenhaupt geführt. Im Schutz der verlängerten Ostmole des Vorhafens entsteht ein neuer Schlepperhafen mit insgesamt 10 Liegeplätzen (davon 2 Reserveplätze). Die Geometrie des Schlepperhafens wurde im Verlauf des Wettbewerblichen Dialogs so verändert, dass die neuen Uferwände den Altbestand nicht mehr kreuzen. Tortechnik: An der Kaiserschleuse Bremerhaven wir die Anbindung des Hafens an die Weser zukünftig durch eine innovative Tortechnik sichergestellt. Die drei Tore der Anlage (je 2 in Betrieb + 1 Reservetor) werden als Hubschiebetore ausgeführt (s. Abb. 3). Hierdurch können die Vorteile eines Hubtores - der Torkörper bildet gleichzeitig den Verschluss für das Befüllen und Entleeren der Schleusenkammer - mit denen eines Schiebetores kombiniert werden. Bei diesem Torsystem wird das Schiebetor auf Kote NN -7,80 m horizontal geteilt, wodurch der Torkörper in Ober- und Unterteil definiert werden kann. Das Toroberteil kann dabei um bis zu 700 mm angehoben werden, wodurch der Wasserspiegelausgleich in der Schleusenkammer hergestellt wird. Bei diesem Vorgang kann das Wasser beinahe über die ganze Torbreite zwischen den beiden Torteilen hindurch in die Schleusenkammer ein- bzw. ausströmen. Ist der Ausgleich erfolgt, senkt sich das Oberteil wieder auf das Unterteil ab und das Tor fährt seitlich in die Torkammer. Die Gestaltung des Einlaufs und Auslaufs wurde in Anlehnung an strömungstechnische Berechnungen vorgenommen und durch Modellversuche überprüft. Zur Verbindung zwischen Ober- und Unterteil wird auf dem Unterteil ein geschweißter Hohlquerschnitt (Torhebevorrichtung) angeschlossen an den sowohl die Führungseinrichtungen in horizontaler Richtung als auch die Hydraulikzylinder der Hubanlage angeschlossen werden. Im abgesenkten Zustand wird die vertikale Last zwischen Ober und Unterteil durch Seite 39

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Stempel an vier Punkten je Seite über die Torlänge verteilt eingeleitet. Jeweils ein Stempel befindet sich je Seite in der Unterwagenachse. Die beiden weiteren sind weiter zur Tormitte hin an Stellen, die sich aus einer Verformungsbetrachtung des Tores als günstig erwiesen haben, angeordnet. Im Normalbetrieb lagert das Tor auf zwei Unterwagen. Bei einem Notbetrieb ohne Unterwagen gleitet das Tor auf Vertikalkufen auf einer Granitgleitbahn. Alle drei Tore werden baugleich, mit beidseitigen Stauwänden die bis zur Fahrbahn reichen, ausgeführt. Somit können die Tore an jedem Haupt eingesetzt werden. Das Torunterteil erstreckt sich von NN -13,40 m bis NN -7,80 m, hat eine Baubreite von 9,5 m und weist eine Länge von ca. 56,5 m auf. Das Toroberteil erstreckt sich in seiner Höhe von NN -7,80 m bis NN 7,80 m und weist in Länge und Breite die gleichen Dimensionen wie das Torunterteil auf wobei der Fahrbahn und Gehwegbereich auf 11,60 m auskragt. Der Straßenverkehr an Außenund Binnenhaupt wird über Hubdecken von der Straße auf das Hubschiebetor geführt. Die Schleusentorantriebe sind als Seilantriebe mit Umlenkrollen und Seilspannvorrichtung vorgesehen. Für den Betrieb sind je Hubschiebetor 2 E-Motore mit je 110kW sowie 2 Getriebemotore mit einer Leistung von je 7,5 kW für den Notbetrieb vorgesehen. Die Anbindung der Seile an das Tor erfolgt dabei über eine Antriebstraverse.

Abb. 3: Hubschiebetor in angehobenem Zustand

Abb. 4: Überblick über die Baustelle im August 2008 Seite 40

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Dipl.-Ing. J. Bödefeld, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Dr.-Ing. C. Thorenz, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe PIANC Arbeitsgruppe 29 – Innovation im Schleusenneubau international 1. Einführung PIANC ist eine internationale, technisch-wissenschaftliche Organisation, die im Jahre 1885 gegründet wurde, um die Entwicklung der Binnen- und Seeschifffahrt und deren Infrastruktur nachhaltig zu fördern. Kern der Aktivitäten von PIANC sind die Erstellung aktueller Studien, die von temporären Arbeitsgruppen ausgearbeitet werden. Die Arbeitsgruppen sind meist mit 10-20 Mitgliedern aus interessierten Ländern besetzt und bearbeiten ein Projekt in der Regel innerhalb von 3-4 Jahren. Weitere Informationen können http://www.wsv.de/pianc entnommen werden. Anfang 2006 wurde von PIANC die Arbeitsgruppe 29 Innovations in Lock Design eingerichtet und mit 17 Ingenieuren aus 11 Ländern, tätig in Praxis, Wissenschaft und Verwaltung, besetzt. Ziel der Arbeitsgruppe ist es, ein Update für den im Jahre 1986 entstandenen PIANCBericht über Schiffsschleusen zu erstellen. Im Fokus stehen damit innovative Konzepte der letzten 20 Jahre, die den Entwurf und die Ausführung von Schleusenneubauten betreffen. Der entstehende Bericht ist grob in drei Kapitel gegliedert. Nach einer kurzen Beschreibung von Kriterien für den Entwurf einer Schleuse werden Entwurfsprinzipien und Methoden vorgestellt und anschließend einzelne technische Aspekte beleuchtet. Schlussfolgerungen und Verweise runden den Bericht ab. Insgesamt hat der Bericht keine wertenden oder empfehlenden Ausführungen. Obwohl er eine Hilfe für den planenden, entwerfenden und ausführenden Ingenieur sein soll, ist er auch nicht als Lehrbuch konzipiert. Er versteht sich vielmehr als eine Zusammenstellung weltweit zusammengetragener Aspekte, die für den Neubau einer Schleuse von Interesse sind. Auf einer dem Bericht beiliegenden CD werden 56 Projekte mit innovativen Aspekten unterschiedlicher Art und Ausprägung vorgestellt. Zur leichteren Lesbarkeit werden im Bericht kurz die Projekte sowie die identifizierten Innovationen vorgestellt. 2. Inhalte Die Entwurfskriterien für Schiffsschleusen haben sich in den letzten Jahren stark verändert. So sind heute Punkte wie Zuverlässigkeit, Life Cycle Management, Energieverbrauch und Einfluss auf die Umwelt stärker in den Blickwinkel gerückt, als dies vor 20 Jahren der Fall war. Die Themen werden einzeln beleuchtet und diskutiert, zusammen mit einer generellen Diskussion zum Thema Innovation vs. bewährte Technik.

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Im Kapitel Entwurfsprinzipien werden die Bereiche, in denen Innovationen gefunden wurden, beschrieben. Dazu zählen •

Dimension der Schleuse, Abmessungen, Kapazität, Schleusenzeiten;

•

Hydraulisches System der Schleuse, Füll- und Entleersystem, Wasserersparnis

•

Konstruktion der Schleuse, Querschnittsgestaltung, Tragsystem, Bauweise

•

Sonstige Konzepte wie Salzwassereintrag, Eisabwehr, Flutabfuhr

Abbildung 1: Einsatz von RCC beim Neubau einer Schleuse; Quelle: Larry Dalton Einzelne technische Aspekte werden in einem weiteren Kapitel ausführlich behandelt. Beispiele dafür sind •

Aktuelle Entwicklungen in der Untersuchung der wasserbaulichen Hydraulik im Spannungsfeld analytischer, physikalischer und numerischer Methoden

•

Moderne Methoden zur Berechnung von massiven Schleusenkonstruktion inkl. BodenBauwerk-Interaktion

•

Stand der Technik im Bereich der Verschlussorgane (Tore, Schütze)

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Abbildung 2: Elektroantrieb mit Kopfdichtung, Schleuse Uelzen II 3. Projektberichte Die 56 Projektberichte der CD werden im Bericht kurz erläutert. Die Innovationen sind in 5 Gruppen eingeteilt: Hydraulik, Betrieb und Unterhaltung, Umwelt, Entwurf / Konstruktion und Sonstiges. Die entsprechende Markierung im Übersichtskapitel ermöglicht eine schnelle, zielgerichtete Recherche. Zwei Beispiele dienen als Vorgeschmack. In Enkhuizen, NL, wird eine 160m lange und 42m breite Schleusenkammer über eine vierspurige Straße gespannt. Die Pfeiler der Sohlplatte wurden bei der Betonage vorgeheizt, um die Zwangsbeanspruchung aus Hydratation zu minimieren. Darüber hinaus sind die Kammerwände vertikal vorgespannt, um das Eigengewicht der Konstruktion zu minimieren.

Abbildung 3: Luftbild des Navidukts in Enkhuizen, NL Seite 43

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Die Schleuse Chateauneuf an der Rhone hat 23 m Fallhöhe und ist – im Gegensatz zu den anderen Schleusen an der Rhone – mit nur einem Untertor ausgestattet. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit wird das Unterhaupt mit einer Stoßschutzeinrichtung aus einem Stemmtor ohne Stauhaut.

Abbildung 4: Stoßschutz für das Untertor der Schleuse Chateauneuf 4. Zeitplan Der Bericht der Arbeitsgruppe 29 liegt zur Zeit in einer Art Gelbdruck vor und wird von Personen außerhalb der Projektgruppe revidiert. Die eingehenden Rückmeldungen sollen im Laufe diesen Herbstes eingearbeitet werden, so dass mit einer Fertigstellung bis Ende des Jahres gerechnet werden kann. Die Publikation wird dann im Laufe des Jahres 2009 erfolgen. Erworben werden kann der Bericht dann unter http://www.pianc-aipcn.org/publications.php.

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Dipl.-Ing. C. Kunz, Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Verkehrswasserbauwerke – quo vadis ?

Verkehrswasserbauwerke – Quo Vadis ? Inhalt 1

Einführung

2

Massige Bauteile aus Beton 2.1 Problemstellung 2.2

Aktivitäten

2.3

Entwicklungen

Monolithische Bauweise 3.1 Problemstellung

Aktivitäten

3.3

Entwicklungen

Gleitpaarungen im Stahlwasserbau 4.1 Problemstellung 4.2 Aktivitäten

4.3

Entwicklungen

3

4

5

Literatur

1

Einführung

3.2

Die Abteilung Bautechnik ist bei zahlreichen Projekten des Verkehrswasserbaus beratend und qualitätssichernd eingebunden und für einschlägige Regelwerke zuständig. Aus dieser Sicht werden der Stand der Technik bei Verkehrswasserbauwerken beleuchtet und für die Zukunft neue Anforderungen, Handlungsbedarf und Aktivitäten aufgezeigt. Häufig werden im Zusammenhang mit Beratungen und Gutachten für die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung technische Defizite bei den Nachweisführungen oder aus der Herstellung resultierende Schäden erkannt. Pragmatische Lösungen ad-hoc, Sammlung und Aufbereitung des Standes der Technik für einen mittelfristigen Zeitraum, dann aber auch grundsätzliche Untersuchungen und Forschungen, auch zusammen mit Fach-Institutionen, stellen die typische Vorgehensweise der BAW dar. Das Ergebnis führt häufig dazu, dass Verkehrswasserbauwerke oder deren Bauteile anders konstruiert werden als zuvor – eben „quo vadis“ ! Exemplarisch werden hier drei Themenschwerpunkte dargestellt.

2

Massige Bauteile aus Beton

2.1 Problemstellungen Verkehrswasserbauwerke bestehen überwiegend aus massigen Bauteilen mit Abmessungen von mindestens 0,8 m und unterscheiden sich von Hoch- und Ingenieurbauten. Die Sicherstellung der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit unter verkehrswasserSeite 45

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bauspezifischen Einwirkungen (Wasser- und Erddruck, Verkehrslasten, Frost, (HydroAbrasion, etc.), die Minimierung von Spannungen aus frühem Zwang infolge Hydratationswärmeentwicklung sowie die Optimierung der Ausführungsqualität stellen aktuelle und zukünftige Problemfelder dar, zumal in den Basis-Normen des Betonbaus, vgl. DIN 1045, Teile 1 – 3, [1], Verschärfungen bei den Anforderungen (Expositionen), aber auch bei der Ausführung (Zementgehalte) vorgenommen wurden. 2.2 Aktivitäten Als BAW nehmen wir von der Abteilung Bautechnik aus Einfluss auf nationale „Betonnormung“ (u.a. NA Bau Betontechnik, DAfStb-RL Massige Bauteile aus Beton (Mitarbeit, AKLeitung)) sowie auf DIN-Normen zur Standsicherheit von massiven Wasserbauwerken (DIN 19702). Wir arbeiten an wasserbauspezifischen Regelwerken, wie der ZTV-W LB 215 (u.a. Begrenzung der Hydratationswärmeentwicklung), dem BAW-Merkblatt „Früher Zwang“ (Rechen- und Nachweis-Modelle), dem BAW-Merkblatt Frostprüfung, das auf dem Weg zu einem nationalen Standard ist, und schreiben damit den „Stand der Technik“ mit. Dennoch gestaltet sich die Herstellung und Ausführung von massiven Betonbauteilen komplexer als früher und „gut gemeinte“ Verschärfungen führen zu einer qualitativen Verschlechterung, wie z.B. derart eng liegende Bewehrungen, dass nachträglich Betoniergassen freigeschnitten werden müssen.

Bild 1: Enge Bewehrungslagen

2.3 Entwicklungen Handlungsbedarf ergibt sich für Untersuchungen zu Einwirkungen und Ausführungen: Welche Beanspruchungen erfahren Bauwerke des Verkehrswasserbaus im Unterschied zu Betonbauwerken des Hoch- und Ingenieurbaus. Im Vordergrund stehen die Beanspruchung aus frühem Zwang, aus Frost sowie aus mechanischer Beanspruchung aus Schiffsreibung und Geschiebefracht. Zu klären ist weiterhin, ob sich diese Expositionen mit anderen als bisher bekannten Beton-Zusammensetzungen erzielen lassen, ggf. auch unter Berücksichtigung von speziellen Ausführungsmethoden. Seite 46

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Im Rahmen von Grundsatzuntersuchungen und Forschungsarbeiten werden derzeit verkehrswasserbautypische Expositionen näher untersucht und könnten zu „neuartigen“ Expositionsklassen gemäß DIN 1045-2 führen (z.B. für Schiffsreibung, z.B. für Geschiebetrieb). Der Frostwiderstand zementgebundener Baustoffe ist hinsichtlich seiner Physik wie auch der Übertragbarkeit von Nachweisen im Labor im Vergleich zu den Verhältnissen in der Natur als ein Verbundvorhaben verschiedener Institutionen (Hochschulen, Prüfinstitute, Verbände) in der Untersuchung. Stoffliche Optimierungen, wie z.B. der Einsatz von Mikrohohlkugeln oder auch die Optimierung einer Nachbehandlung sollen massige Bauteile aus Beton mit zweckmäßigem Aufwand dauerhaft werden lassen. Angewendet wurde bereits eine zonierte Bauweise für massige Betonbauteile, Beispiel Schleuse Uelzen 2, um die Wärmeentwicklung dicker Bauteile gering zu halten [2]. Untersuchungen wurden eingeleitet, die zonierte Bauweise auch bei dünnwandigen BauwerksQuerschnitten zu realisieren. Neu sind Überlegungen zu Konstruktions-Betonen mit reduzierten Zementgehalten, wie sie auch in früheren Jahren eingebaut wurden und sich zumindest augenscheinlich bewährt haben. Statt durch die Norm vorgegebener RegelZusammensetzungen wären hier dann begleitende Performance-Prüfungen erforderlich. Numerische Untersuchungen für sowie Messungen an Schleusen während deren Herstellung sollen eine realistische Einschätzung des Zwangs infolge Hydratationswärme liefern und Grundlage für die angemessene Bewehrung zur Begrenzung der Rissbreite sein. Simulationen und Nachrechnungen wurden für verschiedene Schleusenbauprojekte durch Universitäts-Institute und die BAW durchgeführt, wobei die Temperatur-Entwicklung sehr gute Übereinstimmungen mit den Messungen zeigten, die Entwicklung von Dehnungen und Spannungen können als brauchbar bezeichnet werden. 1,5

1

Spannung [N/mm²]

0,5

0 0

50

100

150

200

250

300

350

-0,5

-1

-1,5

-2

-2,5

Tage seit Betonage

Bild 2: Spannungsmessungen nach Betonage und rechnerischer Vergleich

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3 Monolithische Bauweisen 3.1 Problemstellung Bauwerke mit größeren Abmessungen wurden bisher in der Regel fugenbehaftet hergestellt, z.B. als konstruktive Maßnahme, um Zwängungen im Bauwerk infolge Temperaturbeanspruchung oder auch unterschiedliche Setzungen und die damit verbundene Gefahr von größeren Rissen in Grenzen zu halten [2], [3]. Raumfugen-Abstände bei Ingenieur-Tiefbauten liegen gemäß [4] im allgemeinen bei Abständen von 6 – 20 m, bei Schleusen „klassisch“ bei ca. 15 m, [5]. Raumfugen in massiven Wasserbauwerken bedürfen einer aufwendigen Konstruktion und sind dennoch keine Garantie für ein rissefreies Bauwerk. Wiederholt haben sich im Laufe des Betriebs von Wasserbauwerken Schwachstellen an Raumfugen gezeigt, die aus fehlerhafter oder überbeanspruchter Konstruktion herrührten und als Folge zu unerwünschten Wasserwegigkeiten und Material-Transporten führten. Eine Analyse von Schadenshäufigkeiten an Fugen, insbesondere Raumfugen, in [6] kann durch Erfahrungen in der WSV grundsätzlich bestätigt werden. 3.2 Aktivitäten Einen Entwicklungsprozess unterschiedlicher Institutionen, von planenden und ausführenden Ämtern der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung, von beauftragten Ingenieur- und Prüfingenieurbüros, von bietenden und ausführenden Baufirmen, von für wissenschaftliche Fragen eingeschaltete Hochschulen hat die BAW initiiert, begleitet und mit eigenen Untersuchungen ergänzt. Erfahrungen mit monolithischen Flachgründungen lagen seit Jahren für Hochhaus-Bauten in Frankfurt am Main sowie für Flachgründungen von Kraftwerksbauten in den neuen Bundesländern vor, [7] und [8]. Wasserbauwerke unterscheiden sich von diesen Bauwerken durch die Beanspruchungen unter Betrieb, wie z.B. saisonale Temperaturänderungen, aber auch insbesonders bei Schleusen durch die täglich bis zu 20mal wechselnde Verkehrslast infolge Wasserstandsänderung. Eine Übernahme von anderweitig bewährten Bauweisen bedurfte bzw. bedarf daher der eingehenden Untersuchung. Wehrsohlen sind in der Regel durch Lasten wenig beansprucht, so dass die Zwangsbeanspruchung aus der Hydratation des Betons (früher Zwang) vorherrschend ist. Für Schleusenanlagen, deren statisches System überwiegend ein nach oben offener Halbrahmen ist, sind weitere Beanspruchungen aus spätem Zwang (Temperatur, Setzung) und aus Last zu berücksichtigen.

3.3 Entwicklungen Mit dem Bau des neuen Bremer Weserwehres wurde Ende der 80er Jahre ein erstes fugenloses Verkehrswasserbauwerk der Neuzeit hergestellt. Fünf Wehrfelder mit je 30 m FeldSeite 48

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breite führen zu Gesamtabmessungen von ca. 180 x 37 m. Das Bauwerk wurde mit einer Unterwasserbetonsohle tief gegründet. Die Wehrsohle wurde mit einer Dicke von 2,30 m ausgeführt, eine Wehrschwelle mit ähnlichen Abmessungen monolithisch verbunden [9]. Der Neubau des Bremer Weserwehres und seiner fugenlosen Konzeption waren auch Anlass und Gegenstand für ein von der BAW initiiertes baubegleitendes Messprogramm gewesen. In 5 Messquerschnitten, vier in der 2,30 m dicken Wehrsohle und einer in der 2,40 m dicken Wand der Wehrschwelle, wurden Betontemperaturen und Dehnungen in unterschiedlichen Bauteilhöhen registriert [10]. Im Vordergrund der Arbeiten standen Messungen in der Erhärtungsphase des Betons, da aufgrund der Konstruktionsart und der Bauteildicke mit erheblichen Zwangbeanspruchungen zu rechnen war. Die messtechnisch erfasste Ausmittigkeit der Zwangskraft bewirkte eine Reduzierung der Risskraft und führte damit zu einer Verringerung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung, vor allem an der Platten-Unterseite [11]. Die Schleusenanlage Hohenwarthe im Rahmen des Projektes 17 wurde als Doppelschleuse mit seitlichen Sparbecken konzipiert. Die Nutzlänge beträgt 190 m, die nutzbare Breite je Kammer 12,5 m, die Fallhöhe ca. 19 m. Die Gesamt-Länge der Schleusenanlage beträgt ca. 250 m, die Gesamt-Breite 56 m, die Gesamt-Bauhöhe ca. 30,0 m. Die Sohle hat eine Dicke von 5,50 m und nimmt darin größtenteils das hydraulische Füll- und Entleersystem mit Kanalund Kammerhöhen von 2,0 m auf. Der Baugrund ist sehr heterogen und in der Tiefe geschichtet; Schichtdicken und -verläufe sind sowohl in Längs- als auch in Querrichtung sehr unterschiedlich. Die Gründung der Schleusenanlage erstreckt sich von einer mäßig steifen Bänderton- und Schluff-Schicht bis hin zu steiferen Sand- und Kiesschichten im Oberhauptsbereich. Über die Länge Durch die unterschiedliche Belastung und unterschiedlicher Baugrund ließ eine Verkippung der Schleusenanlage in Längsrichtung mit bis zu 40 cm erwarten [12]. Die ursprünglich geplante blockbehaftete Bauweise musste verworfen werden, da Setzungsberechnungen zu Verschiebungen und Verkantungen der Blöcke und damit zu Fugenbewegungen führten, die mit herkömmlichen Fugenkonstruktionen bautechnisch nicht mehr zu beherrschen wären, selbst ein gelenkige Verbindung der Sohlen einzelner Blöcke brachte keine merkliche Verbesserung. Forciert wurde die Untersuchung einer monolithischen, flachgegründeten Sohlplatte, wobei die aufgehenden Wände durch Raumfugen unterteilt sind. Entscheidend für die Konstruktion einer monolithischen Sohlplatte ist die Erfassung des „frühen“ Zwangs, vgl. auch 2., sowie des „späten“ Zwangs aus saisonalen Temperaturänderungen und sich einstellender Setzungsunterschiede. Zur Erfassung der Setzungsbeanspruchung wurden Erfahrungen zur möglichst kor-

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rekten Erfassung der Boden-Bauwerk-Interaktion umgesetzt.

Bild 3: Schleusenanlage Hohenwarthe: Vergleich zwischen fugenbehafteter und monolithischer Konstruktion Die Untersuchungen belegten die Machbarkeit einer monolithischen Flach-Gründung, wobei die Ausbildung einer monolithischen Sohlplatte wegen ihrer hohen Steifigkeit die Verformungen in den Fugen der Kammerwände und der Übergangskonstruktionen beherrschbar werden lässt. Vergleichs-Untersuchungen, u.a. auch mit einer Tiefgründungen, die letztlich zur Ausführung gelangte, bestätigten jeweils ausnahmslos die Notwendigkeit einer monolithischen Sohlplatte, um das Setzungsverhalten positiv zu beeinflussen und damit Verformungen in den Fugen als verträglich nachzuweisen. Die im Entwurfs-Stadium rechnerisch simulierten Einwirkungen aus frühem Zwang, wie Temperatur und Anfangs-Setzung, wurden bei der Herstellung des Bauwerks durch ein umfangreiches Meßsystem erfasst und ausgewertet. Monolithische Bauwerkssohlen wurden darauf hin bei den Schleusen Lauenburg am ElbeLübeck-Kanal und Schleuse Sülfeld am Mittellandkanal konzipiert.

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monolithisch

Bild 4: Schleuse Uelzen 2: Querschnitt, mit Eintragung des monolithischen Bereichs sowie der zonierten Bauweise Beim Neubau der Schleuse Uelzen 2 am Elbe-Seiten-Kanal (Nutzabmessungen L x B x H = 190 x 12,5 x 23 m) wurden die Sparbecken - gegenüber sonst üblicherweise seitlich terrassierten Sparbecken – in die Schleusenkammer-Wände integriert [13], wodurch beidseitig 20 m dicke Kammerwände entstanden sind. Nicht nur die Schleusen-Sohle, sondern auch die unteren 15 m der Kammerwände wurden in monolithischer Bauweise hergestellt. Ähnliche Prinzipien der monolithischen Bauweise bis in die unteren Abschnitte der Kammerwände werden beim Neubau der Schleusen Fankel und Zeltingen an der Mosel verfolgt. Die jeweils verbleibenden oberen Wandabschnitte weisen gegenüber früher deutlich größere Raumfugenabstände auf. Die Entwicklung zur monolithischen Schleuse wird neben der messtechnischen Begleitung genährt durch Erfolgskontrollen, wie z.B. Risskartierungen am fertig gestellten Bauwerk oder auch Erfahrungsaustausch mit den herstellenden Wasserstraßen-Neubauämter und den beteiligten Firmen und Büros. Über die Konzeption einer ersten voll-monolithischen Schleuse wird in dem Beitrag „Neubau der 2. Schleuse Wusterwitz“ berichtet.

4 4.1

Gleitpaarungen im Stahlwasserbau Problemstellung

Durch den kombinierten Einsatz von nichtrostendem Stahl und unlegiertem Stahl kam es in den letzten Jahren an einigen Stahlwasserbaukonstruktionen zu nicht unerheblichen Korrosionsschäden. Diese Schäden entstanden überwiegend infolge elektrochemischer Korrosion. Auf Grund dieser Schäden ist es zwingend erforderlich, geeignete Ersatzmaterialien zu finden. Seite 51

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4.2

Aktivitäten

Umfangreiche Recherchen in den letzten Jahren zeigten, dass als Ersatzmaterial Kunststoff durchaus geeignet erscheint. Auf vorhandene Materialkennwerte (Alterungsbeständigkeit, Festigkeit, Quellverhalten usw.) für Kunststoffe kann zurückgegriffen werden. Bei den Reibbeiwerten zeigte sich, dass zwar entsprechende Werte durch z. B. Materialhersteller angegeben werden, diese jedoch auf den geplanten Anwendungsfall nicht übertragbar sind. Um jedoch einen sicheren Betrieb der Stahlwasserbauverschlüsse zu garantieren, ist es erforderlich, dass die jeweiligen Reibbeiwerte unter realistischen Bedingungen bestimmt werden und Erkenntnisse zum Verschleißverhalten der Gleitpaarungen vorliegen. Auch zur Berechnung der Antriebsleistung ist der exakte Reibbeiwert zwingend erforderlich. 4.3

Entwicklungen

Verschlüsse im Stahlwasserbau, Dichtungsschleifflächen, Dichtungsanschläge und ggf. auch weitere Gleitflächen sollen zukünftig aus geeigneten Kunststoffmaterialien hergestellt werden, um damit auf den bisher bei solchen Konstruktionen üblichen Einsatz von nichtrostendem Stahl weitestgehend verzichten zu können. Eingesetzt werden solche speziellen Konstruktionen an Betriebsverschlüssen (z. B. bei Längskanal- / Umlaufkanalverschlüssen, Sparbeckenverschlüssen, und bei Schleusen- und Wehrverschlüssen) von Stauanlagen, die entweder neu gebaut werden oder bei denen für die Verschlüsse Ersatzinvestitionen vorgenommen werden müssen. Im Rahmen von Modellversuchen sollen die beim Betrieb der Verschlüsse auftretenden Situationen möglichst praxisnah nachgebildet werden. Über die Gleitbewegung eines Konstruktionselementes (Dichtung) auf einer Kunststofffläche (Fixteil) soll das Verschleißverhalten der Kunststoffe (Abriebfestigkeit der Oberflächen, Rautiefe des Gleitpartners) sowie Reibbeiwerte (Gleitreibungszahl µ) für die Ermittlung der Dichtungsreibung bzw. Gleitreibung nach [14] untersucht werden. Alle Versuche sollen unter Wasser ausgeführt werden bzw. es sollen Bedingungen gegeben sein, die dem Zustand „wasserbenetzt“ entsprechen. Verunreinigungen des Wassers, die im realen Betrieb vorhanden sind, sollen simuliert werden [15].

Bild 5: Schematischer Versuchsaufbau, unmaßstäblich

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Vier Kunststoffe wurden ausgewählt, die mit einem Laufweg von 73.000 m, einer Laufgeschwindigkeit von 0,03 m/s und einer Linienlast von 1 MPa beprobt werden. Pro Material werden vier parallele Versuch durchgeführt. Als Ergebnis zeichnet sich ab, dass drei Kunststoffe als Ersatz für früher verwendete Edelstahlprofile geeignet sind.

5

Literatur

[1]

[2] [3] [4] [5] [6] [7]

[8] [9] [10] [11] [12]

[13] [14] [15]

DIN 1045: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 1: Bemessung und Konstruktion Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität – Deutsche Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1 Teil 3: Bauausführung Westendarp, A.: Entwicklung und Tendenzen bei Baustoffen und Bauausführung. Vortrag auf BAW-Kolloquium, 04.07.2000, Magdeburg Grundbautaschenbuch, Teil 3, Flachgründungen, 5. Auflage, 1997, Verlag Ernst&Sohn, Berlin Klawa, N.; Haack, A., Tiefbaufugen, Verlag Ernst&Sohn, Berlin, 1990 DIN 19703 – Schleusen: Grundsätze für Abmessungen und Ausrüstung Kordina K.: Behälter in Massivbauweise. In: Bautechnik 73 (1996), H. 5 Wittmann, P; Ripper, P., Unterschiedliche Konzepte für die Gründung und Baugrube von zwei Hochhäusern in der Frankfurter Innenstadt. Baugrundtagung 1990, Karlsruhe Koch, H.-J., Die Gründung des Kraftwerkes Schkopau. VGB-Baukonferenz, 1994. Fickenfrerichs K.,Grabau J.: Bau des Weserwehrs in Bremen. In: Beton 41 (1991), H. 4 Ehmann R.: Bauwerksmessungen am Beispiel des Weserwehre Bremen. In: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 68, 1991 Hampfler H.: Temperatur- und Dehnungsmessungen während der Erhärtungsphase des Betons. In:: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 68, 1991 Kunz C., Bödefeld, J.: Bauwerk-Boden-Interaktion am Beispiel einer Schleusenanlage mit einer monolithischen Flachgründung. In: 5. FEM/CAD-Tagung der TU Darmstadt, März 2000 Wachholz T., Saathoff J.: Neubau der Sparschleuse Uelzen II. In: Binnenschiffahrt (ZfB) Nr. 1, Januar 1999 DIN 19704 "Stahlwasserbauten, Teil 1: Berechnungsgrundlagen", Mai 1998, FuE-Projekt-Nr.: 8191, Modellversuche zum Einsatz von Gleitpaarungen im Stahlwasserbau, U. Gabrys, unveröffentlicht.

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Dipl.-Ing. M. Schüle, Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest, Mainz Dipl.-Ing. K. Michels, Amt für den Neckarausbau, Heidelberg Ertüchtigung des Neckars für das 135-m-Schiff

Bundeswasserstrasse Neckar Der Neckar wurde von 1921 bis 1968 zur Bundeswasserstraße ausgebaut und in einem 1. Bauabschnitt 1935 bis Heilbronn für die Schifffahrt eröffnet. Mit dem 2. Bauabschnitt wurde 1958 der Hafen Stuttgart angeschlossen, ehe 1968 in einem 3. Bauabschnitt der Endhafen Plochingen erreicht wurde. 27 Staustufen, deren Bausubstanz zwischen 40 und 80 Jahre alt ist, überwinden auf einer Länge von 203 km insgesamt eine Höhendifferenz von rund 160 m. Die Anlagen bestehen bis Stuttgart aus Doppelschleusen, die jeweils 110 m lang (nutzbar sind 105 m) und 12 m breit sind. Oberhalb von Stuttgart herrscht 1-Kammer-Betrieb vor. Auf dem Neckar verkehren Güterschiffe mit einer maximalen Länge von 105 m und einer auf 11,45 m begrenzten Breite. Die Fahrrinne mit einer Mindestbreite von 36 m ist nach zuvor erfolgter Vertiefung seit dem Jahr 2000 auf 2,80 m Tiefe freigegeben. Begegnungen zweier Bemessungsschiffe sind an einzelnen Engstellen nicht möglich. Projekt Schleusenverlängerung Der Trend in der Binnenschifffahrt weist unaufhaltsam auf übergroße Güterschiffe (über 110 m Länge) hin. Auf Rhein, Mosel, Saar und Main verkehren schon jetzt zunehmend Einzelfahrzeuge mit bis zu 135 m Länge. Die Verkehrsleistungen auf dem Neckar betrugen 2007 rund 7,5 Millionen Tonnen. Prognosen gingen bisher von nur mäßigem Wachstum in den nächsten Jahrzehnten aus. Durch eine Verbesserung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Binnenschifffahrt dürften diese Vorhersagen vermutlich übertroffen werden. Das Land Baden-Württemberg forderte in jüngerer Zeit wiederholt die Anpassung der Wasserstraße Neckar an die Verkehrsstandards. Die Argumentation stützte sich weitgehend auf Initiativen von Vertretern der Binnenschifffahrt und der heimischen Wirtschaft, die in eine Resolution vom September 2005 (vorgestellt durch das Innenministerium BadenWürttemberg am 28.09.2005 in Stuttgart) mündeten. In der durch die WSD Südwest an PLANCO Consulting GmbH in Auftrag gegebenen Untersuchung über die Entwicklungspotenziale der Binnenschifffahrt im Allgemeinen und die Verkehrsentwicklung auf dem Neckar im Besonderen wird das gesamtwirtschaftliche NutzenKostenverhältnis einer Anpassung des Neckars für 135 m lange Güterschiffe mit annähernd 2 ermittelt. Nach Bekanntwerden der Ergebnisse der PLANCO-Studie erhöhte sich der landespolitische Druck schlagartig. Begleitet waren die Forderungen durch zunehmende Offenheit innerhalb der politischen Führung des BMVBS für die Belange der Binnenschifffahrt – siehe auch Koalitionsvertrag 2005 der Bundesregierung – und in deren Folge auch für eine Steigerung der Verkehrsleistungen auf dem Neckar. Seite 54

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Zur Vorbereitung der Umsetzung der Verlängerung der Schleusen am Neckar wurden deshalb in Absprache mit dem BMVBS folgende Unterlagen erarbeitet: • Gutachten der BAW Karlsruhe „Untersuchung zur Befahrbarkeit des Neckars mit 135-mSchiffen“ • Entwurf HU Nr. 035 „Instandsetzung und Verlängerung der Schleusen am Neckar“ • BfG-Bericht-1545 „Rahmenuntersuchung zu Umweltauswirkungen des Vorhabens Verlängerung der Schleusen am Neckar für das 135-m-Schiff“ Der o. g. Entwurf – HU wurde im Juni 2007 vom BMVBS genehmigt. Mit dieser Genehmigung wurde die Entscheidung zur Verlängerung der Schleusen am Neckar für das 135-mSchiff bestätigt. Standardisierung der Neckarschleusen Am Neckar gibt es eine Vielzahl an Schleusen, die zu verschiedenen Zeiten und mit unterschiedlichen Standards bzw. Normen, Baustoffen und Bauverfahren gebaut worden sind. Es ist eine Vielfalt an Bauwerken entstanden, die eine differenzierte Betrachtung erfordert, was sich bis in die Unterhaltung und Wartung einschließlich Instandsetzung der Bauwerke fortsetzt. Das wirkt sich auch auf den Ressourcenbedarf aus: Vorhaltung von mehr Personal, mehr Planungskapazität von Dritten, Vorhaltung von mehr Ersatzteilen und nicht zuletzt ein höherer Haushaltsmittelbedarf. In der WSD Südwest sind deshalb Überlegungen entstanden, diese Vielfalt dahingehend einzuschränken, dass bei der Instandsetzung und bei der Verlängerung der Schleusen eine Standardisierung der Bauteile und Bauverfahren erreicht wird. Außerdem trägt eine Standardisierung zur Beschleunigung der Baumaßnahme bei. Deshalb hat die Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest das Projekt „Standardisierung der Neckarschleusen“ ins Leben gerufen. Ziel des Projektes ist die Steigerung der Effizienz des Verwaltungshandelns der WSV und Erhöhung der Effektivität der Bundeswasserstrasse Neckar durch: • Betrachtung der gesamten Schleusenkette am Neckar durch eine Expertengruppe bestehend aus Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Bundesanstalt für Wasserbau und der Fachstelle Maschinenwesen Südwest einschließlich der Plausibilisierung der Ergebnisse durch die Wasser- und Schifffahrtsämter Heidelberg und Stuttgart • Erarbeitung von einheitlichen Grundsätzen (Systemlösungen) auf Niveau einer Machbarkeitsstudie (Optimierung der internen und externen Planungskapazitäten) • Optimierung bzw. Minimierung des späteren Unterhaltungsaufwands • Schnelleres Handeln bei Ersatz bzw. Austausch im Versagensfall und im Havariefall (betriebs- und volkswirtschaftlicher Nutzen) Die Standardisierung hat aus Sicht der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung auch im Außenverhältnis zum Kunden Schifffahrt positive Auswirkungen. Aufgaben und Aufbau des Amtes für Neckarausbau Heidelberg Im Zuge der Umsetzung der Schleusenverlängerung wurde das Amt für Neckarausbau Heidelberg (ANH) mit Wirkbetrieb zum 01.01.2008 gegründet. In ihm sind alle wesent-

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lichen Neubauaufgaben an der Bundeswasserstrasse Neckar gebündelt: die Ertüchtigung des Neckars für das 135 m – Schiff, die Sicherung der Seitenkanäle, die Dammnachsorge sowie die Grundinstandsetzung der Wehre und Hochwassersperrtore. Das Personal für die Schleusenverlängerung wird zu einem Drittel vom Land Baden-Württemberg gestellt. Das ANH gliedert sich in 5 Sachbereiche. Die Sachbereiche 2 und 3 sind für die bautechnischen Aufgaben zuständig. Der Sachbereich 5 nimmt die elektro-, steuerungs- und antriebstechnischen Aufgaben wahr. Eine Besonderheit in der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung stellt der Sachbereich 4 dar, der eingerichtet wurde, um die fachtechnischen Sachbereiche von Fragen der Vergabe und des Nachtragsmanagements zu entlasten. Geleitet wird er von einem im Vergaberecht erfahrenen Juristen. Die Aufgaben des Sachbereiches 1 für die innere Verwaltung werden von den Wasser- und Schifffahrtsämtern Stuttgart und Heidelberg wahrgenommen. Umsetzung der Schleusenverlängerung Die Ertüchtigung des Neckars für das 135 m – Schiff umfasst: • die Verlängerung von 26 Schleusenkammern und den Neubau einer Schleusenkammer in Deizisau (zurzeit nur eine Schleusenkammer) einschließlich der Anpassung einiger Vorhäfen an die Erfordernisse der modernen Schifffahrt, • den Bau von 7 Wendestellen in unmittelbarer Nähe von Häfen und Umschlagsanlagen, • Verkehrsbeschränkungen an 26 Stellen (Aussprache von Begegnungsverboten), • Verkehrsregelungen durch Funkabsprache an 9 Stellen sowie • Fahrrinnenanpassungen an 4 Stellen (Ufereingriffe und Brückenanpassungen). Eine mit dem Land Baden-Württemberg abgeschlossene Verwaltungsvereinbarung sieht vor, dass die Eingriffe in Natur und Landschaft mit dem Neubau von 7 Fischpässen kompensiert werden. Die Fischpässe sollen neben den bestehenden Wasserkraftwerken liegen. Damit kann die Strömung des Turbinendurchflusses als Lockströmung für den Fischaufstieg genutzt werden. a) Vorlaufende Grundinstandsetzung der Schleusen Bevor pro Staustufe eine Schleusenkammer verlängert werden kann, muss in Abhängigkeit vom Zustand des Betons, des Stahlwasserbaus, der Antriebe sowie der Elektrotechnik möglicherweise die benachbarte Schleusenkammer Instand gesetzt werden. Eine Grundinstandsetzung der kompletten Schleusenkammer umfasst in der Regel • • • • • •

den Abtrag des alten, schadhaften Betons bis zu einer Tiefe von 40 cm, das Aufbringen einer neuen, 40 cm starken, bewehrten Betonvorsatzschale, den Einbau einer neuen Schleusenausrüstung (Poller, Steigleitern, etc.), den Einbau neuer Schleusentore, den Einbau neuer Antriebe für Tore und Schütze sowie den Einbau einer neuen Elektro- und Steuerungstechnik (Schaffung der Voraussetzungen für die auch am unteren Neckar gepl. Fernsteuerung der Schleusen).

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Abbildung 1: Instandsetzung der Schwergewichtswände der Schleuse Hirschhorn im Jahr 2006 b) Schleusenverlängerung Abhängig von Kriterien wie den nautischen Bedingungen, den örtlichen Randbedingungen (z.B. Wehr- und Schleusenbrücken), dem baulichen Zustand, der Hochwasser-Neutralität, den Umweltaspekten und den voraussichtlichen Baukosten wurde die zu verlängernde Schleusenkammer und die Richtung der Verlängerung bestimmt. Im Wesentlichen umfasst die Schleusenverlängerung • den Abriss und Neubau eines Hauptes, • den Neubau eines Tores (abhängig von den örtlichen Gegebenheiten: Drucksegmentoder Stemmtor), • den Neubau von Kammerblöcken, • den Einbau einer neuen Schleusenausrüstung, • den Einbau neuer Tor- und Schützantriebe, • den Einbau einer neuen Elektro- und Steuerungstechnik (einschl. Schaffung der Voraussetzungen für die am unteren Neckar gepl. Fernsteuerung der Schleusen) sowie • die Grundinstandsetzung des alten Kammerabschnittes sowie des alten Schleusenhauptes (wie oben beschrieben).

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Abbildung 2: Mögliche Verlängerung einer Schleusenkammer nach Oberwasser am Beispiel der Doppelschleuse Aldingen (Auszug aus dem Kompendium der WSD Südwest, Juni 2007)

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Abbildung 3: Simulierte Verlängerung der rechten Schleusenkammer der Doppelschleuse Neckargemünd nach Unterwasser (Auszug aus dem Kompendium der WSD Südwest, Juni 2007) c) Vorgesehener Zeitplan Es ist vorgesehen, dass die Häfen Heilbronn und Stuttgart im Jahr 2022 und der Hafen Plochingen im Jahr 2023 mit 135 m – Schiffen angefahren werden können. Im Zuge der Umsetzung der Schleusenkammerverlängerung hat bisher ein § 5 UVPGTermin (sog. Scopingtermin) für den Bereich Kochendorf am 21.07.2008 stattgefunden (Verlängerung der rechten Schleusenkammer, Neubau eines Fischpasses neben dem Wasserkraftwerk, Sicherung des Seitenkanals mit Dammnachsorge). Für die Verlängerung der Schleusen Lauffen und Cannstatt sowie die Liegestelle Feudenheim werden derzeit die erforderlichen Unterlagen für die Termine gem. § 5 UVPG aufgestellt. Der Antrag zur Durchführung des § 5 UVPG-Termins in 2008 für die Schleusen Lauffen und die Liegestelle Feudenheim wird vom ANH in Kürze gestellt. Abhängig von der Entscheidung, ob bei der Instandsetzung/Verlängerung der Schleuse Feudenheim eine Plangenehmigung oder ein Planfeststellungsverfahren durchgeführt werden soll, werden die entsprechenden Unterlagen vom ANH zusammengestellt. Den Antrag auf Durchführung eines § 5 UVPG-Termins oder die Einleitung des Plangenehmigungsverfahrens ist vom ANH ebenfalls in 2008 geplant. In 2009 sollen etliche weitere Anträge auf Durchführung des §5 UVPG-Termins gestellt werden.

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Dipl.-Ing. E.A.M van Schaik, Maaswerken Rijkswaterstaat, Roermond Ir. Fokke Westebring, Raadgevend Ingenieursbureau Lievense B.V., Breda Verlängerung der Schleusen Maasbracht und Born Extension of the locks of Born, Maasbracht and Heel in the river Maas

The River Maas has a length of about 950 km and finds its origin in France. It flows through Belgium into the Netherlands. In the Netherlands the river flows to the north first and then westward and finally flows into the North Sea near Rotterdam. All year round the river Maas is mainly fed by rainwater. The river Maas is one of the most important waterways for inland shipping in North West Europe. Therefore it is equipped with a series of locks, weirs, and canals. In addition, the river is important for surface water run off, groundwater reference, drinking water, transport, source of materials, as a landmark, as ecological habitat and for recreational activities.

Netherlands

Germany Belgium

France Luxembourg

After the serious flooding in 1993 and 1995 it was concluded that something had the to be done to prevent this from happening again. Plans were made to protect populated areas along the river Maas against floods. These plans are referred to “The project Maaswerken” and Rijkswaterstaat Maaswerken is the project organization responsible for the realization of the plans on the stretch from Maastricht to Weurt (river Maas to Maas-Waal canal). The two main objectives of the project Maaswerken are protection of populated areas against floods and improved shipping possibilities. Consequently locks have to be enlarged and bridges heightened, allowing vessels of up to 195 meters and a 4-layer containers (Vb-waterway).

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Part of the project Maaswerken is the extension of the locks in Born, Maasbracht and Heel.

Heel

Maasbracht

Born

The complexes in Born and Maasbracht were built in the sixties and each comprises 3 locks. The complex in Heel contains two identical locks and was built in the seventies. Of each complex only one lock will be extended over 80 m to achieve a total length of 225 m. The choice of the lock that will be extended was made on nautical terms. The extension will be made on the upstream side. In times of drought, draught for the vessels on the river Maas need to be assured. Therefore the complex in Maasbracht has a sewer that connects the upstream lock heads of the eastern and middle lock and saves water when leveling the locks. Because of the extension of the eastern lock of Maasbracht the existing sewer must be demolished. A new sewer must be built between the western en middle upstream lock heads. The new upstream lock head of the extended eastern lock of Heel will be provided with an opening for a possible future connection with a storage basin. Besides the extension of the locks the complexes will be totally renovated, including new iron mitre gates and operating mechanisms. Special attention is required regarding the renovation of the walls of the lock chamber. All locks are u-shaped reinforced concrete structures. Due to extreme soil pressure between neighbouring locks and design flaws, Seite 61

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the walls have shown movements of several centimeters over the years. The walls need to be stabilized again and soil pressure has to be reduced. Until the beginning of this century it was common that Rijkswaterstaat did most of the engineering by itself. This resulted in the use of detailed contracts and contractors were selected at lowest price. Generally the contractor focused on realization and the government did intensive quality control. Nowadays more influence of the private sector in design and development of large public works is promoted by using Design and Construct contracts. By using Design and Construct contracts Rijkswaterstaat is challenging the private sector to come to more efficient solutions and to stimulate product and process innovations. A Design and Construct contract with functional and process specifications is also used for the realization of the extension of the locks of Born, Maasbracht and Heel. Quality control will be risk based. This implies a minimum of product control at the construction site and more process and system audits. The contractor will be responsible for design, legislation affairs, construction, quality control etc. The final contract is awarded to the “Most Economically Advantageous Tender”. The criteria for this selection procedure were not only the price. Contractors also had to provide insight on the quality of their processes such as applied risk management and the competencies of the selected team. Finally, for this specific contract the hinder to the navigation played an important role. With the specifications and the selection criteria given by Rijkswaterstaat the work for the subscribers to the tender begins. Hereafter, the tender of the winning combination of contractors, Besix-Mourik, will be illustrated The procedure as mentioned above, challenged the engineers to make an offer that was competitive on three aspects: 1. Quality of process, 2. Hinder to navigation in terms of minimal obstruction of the locks, 3. Costs A systematic approach, based on the goals of both the client (Maaswerken Rijkswaterstaat) and the contractors (Besix-Mourik) was used for the first aspect. The analysis of these goals revealed their similarities and differences and therefore was the start of the risk management. The other two aspects interact. A very cheap construction method can result in a long obstruction of the locks. However, a rapid construction method with minimal obstruction can be very expensive. The optimum balance had to be found. Seite 62

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To achieve this, a close interaction between design and execution was needed. The designer is responsible for a solution that is feasible and fulfils all requirements. The contractor has to determine the costs and the down time of the lock. Hence, integrated engineering, not limited to the constructive design, but also incorporating work preparation, planning, and risk management. Besides these aspects, the various disciplines that are required for a lock design had to be integrated. The civil works for the construction of the lock chambers and the lock entrances, the specialised design of the lock gates, the design of the operating mechanisms for the gates and valves and finally the electro technical works for the communication and control of the lock. A few examples of the integrated engineering are given by describing some of the solutions that have been reviewed in the alternative study that has been made at the start of the tender design. In this study also the environmental conditions where decisive for some choices. Not surprisingly the most important conditions were the ground and water levels. The alternatives are reviewed on the four most important aspects: 1. Costs, 2. Obstruction of the locks, 3. Risks, 4. Ground and water levels The first alternative thought of, was a prefabricated concrete structure floated into position and submerged to its final location. Savings could be made by prefabrication and because the obstruction of the locks would be short. Because of the experience with sunken tunnels the risks were also considered to be small. However, this alternative appeared to be almost impossible for the reason of the ground and water levels. The weight of the structure completed to its final height would result in a draught much larger than the depth of the channel. Furthermore, the extensions of the Maasbracht and Born locks had to be made at the upstream side of the locks. At this side the entrance channel is elevated above the surrounding fields. Digging a trench through the watertight channel bottom meant the water would drain into the gravely subsoil. Solutions to these problems could be found. However, these would implicate extra costs, extra downtime and extra risks. Hence, the benefits of this alternative would be lost.

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In the second alternative the structure would still be prefabricated, although as close to its final position as possible. This way the construction side and de final position could be separated from the channel to avoid the problems with the water draining from the channel. Several variations of this alternative have been reviewed but all of them had a major disadvantage on one of the remaining other three points. Sliding the construction into its position would mean very long slopes resulting in high costs because of the extensive ground works. Another variation was filling up a part of the channel with soil on which the construction could be made followed by pneumatic sinking into the ground. However, during both the construction and the sinking the lock would be obstructed for a long period. During a brainstorm session even the idea of rolling the structure into position came up. The idea was soon discarded as being too risky. The remaining alternative, building the constructions at its final position, soon turned out to be the most economical. Costs of the construction itself are higher. However, there are many savings on temporary constructions. Obstruction of the locks seems longer although, for the prefabricated alternatives temporary constructions appeared to be time consuming as well. Risks are relatively small since all techniques are proven. As for the ground and water levels this alternative appeared positive since variations could be made to the local situation at each of the three locations. For all three locations the walls for the lock chambers will consist of anchored combi-walls with concrete facing. The concrete structure of the lock entrances will be constructed inside a sheet piling building pit using struts for stability. The differences are in the construction of the floors. At the location of Born a clay layer in combination with drainage makes dry construction of a pilled floor possible. For the Maasbracht lock reinforced under water concrete will be used but because of the sound ground layers in combination with a relatively small upward water pressure no piles are required. At Heel the groundwater level is much higher resulting in large upward pressures. Here under water concrete in combination with piles will be used. The costs of the chosen construction method in combination with the related obstruction time resulted in the “Most Economically Advantageous Tender” among the subscribers. Therefore, the combination Besix-Mourik is currently engineering (integrated) the extension of the three locks in Born, Maasbracht and Heel. For Rijkswaterstaat, in general, the main goals of the contract and selection procedure have been achieved. There were several interesting different technical solutions to the problem, which indicates that contractors were sufficiently challenged to offer efficient solutions.

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Dipl.-Ing. R. Probiesch, Wasserstraßen-Neubauamt Berlin Grundinstandsetzung der Schleusen Wernsdorf und Kersdorf

Verlängerung und Instandsetzung der Schleuse Wernsdorf Veranlassung: Die Schleuse Wernsdorf ist das erste Aufstiegsbauwerk in den Oder- SpreeKanal aus Richtung Berlin. Wie auch die anderen Schleusen (Fürstenwalde, Kersdorf) wurde sie als Zwei – Kammer – Anlage Anfang des 20. Jahrhunderts errichtet. Die Untersuchung des Bauzustandes ergab für die Nordkammer eine Restnutzungsdauer von ca. 30 Jahren, für die Südkammer erheblich weniger. Die Südkammer mit einer Länge von 65 m besteht aus Mauerwerk, die Nordkammer aus Stampfbeton hatte vor dem Umbau eine Länge von 56 m. Auf Grundlage eines Nutzen–Kosten–Vergleiches war ein Schleusenneubau wirtschaftlich nicht zu rechtfertigen. Wegen des besseren bautechnischen Zustandes und der größeren Kammerbreite wurde die Nordkammer für eine Verlängerung gewählt. Zur Baumaßnahme gehören: - Ertüchtigung des alten Kammerteils, - Neubau der Verlängerung (5 Blöcke, 1 Oberhaupt) - Umgestaltung des oberen Vorhafens - Errichtung eines Zentralsteuerstandes Ziele: -

Verkürzung der Schleusungszeit für Schubverbände von rd. 70 min auf rd. 20 min. Erhöhung der Schleusen- Oberkante, um die Antriebsmechanik aus dem Wasserwechselbereich herauszuheben Erneuerung der Ausrüstung im alten Kammerteil einschl. Stoßschutzbalken Instandsetzung der Tore Einordnung der Steuerung in ein späteres Fernbedien- Konzept für die 3 Schleusen Wernsdorf, Fürstenwalde, Kersdorf

Neubauteil: Im Untergrund stehen wechselnd z.T sehr steife bindige und nichtbindige Böden an. Der Verlängerungsteil der Schleuse wurde deshalb als massive Konstruktion in 5 Blöcken als Stahlbetonhalbrahmen gebaut. Die Ausführung erfolgt in einer geschlossenen Baugrube. Die Baugrubensohle wurde als Unterwasserbeton mit Verpresspfählen zur bauzeitlichen Auftriebssicherung hergestellt. Die Baugrubenwände werden außerdem in der oberen Lage mit Verpressankern und in mittlerer Lage mit Rohrsteifen abgestützt. Zur Befüllung und Entleerung der alten Kammer dienten Längsumläufe und Stichkanäle; dieses System wird auch im neuen Kammerteil fortgeführt. Die Längskanäle wurden jeweils über eine Heberanlage in den alten Häuptern bedient (ähnlich dem Hottoppschen Prinzip). Diese bleibt am Unterhaupt erhalten und wird für die Entleerung der Kammer weiterhin genutzt. Die Freigabe des Querschnittes zur Befüllung erfolgt über neue Gleitschütze im neuen Oberhaupt. Seite 65

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Ausführung-Details: Jeder Block als Stahlbetonhalbrahmen wurde in 3 Betonierabschnitten gefertigt. 1. BA: Sohle, 2. BA: Längsumläufe, 3. BA: darüber aufgehende Wände. Als Beton wurde ein C25/30 eingebaut, in den oberen Bereichen LP- Beton. (Zement: CEMII/B-S). Zuvor musste der Hersteller nach ZTV-W 215 die begrenzte Wärmeentwicklung mittels Prüfkörpers 2x2x2 [m] nachweisen. Während der Bauausführung wurde die Temperaturentwicklung im frischen Beton der massivsten Betonierteile (Drempel/Oberhaupt L/B/H: 11/21/4, sowie Seitenwand Oberhaupt) gemessen und aufgezeichnet. Die Messungen im Drempel ergaben einen Temperaturanstieg um 45° K, also leicht über der Vorgabe ZTVW LB 215. Für die Stirnseite der Blöcke an den Dehnungsfugen wurden vorgefertigte Abschal- Elemente mit montierter Trennplatte und Fugenbandkorb (Stremaform) verwendet. Der Aussteifungsaufwand wurde dadurch wesentlich verringert, Die Dichtungs- Fugenbänder werden mit einfachen Mitteln in der richtigen Lage fixiert. Um Schäden an den Fugenaußenkanten durch Frost, bzw. Schiffsanfahrungen zu vermeiden, wurde die Betonüberdeckung über den Sperrankern der Fugenabschlussbänder vergrößert. Abweichend von der ursprünglichen Planung kamen größere Fugenabschlussbänder (gefertigt mit 2 Sperrankern) zum Einsatz, bei denen der vordere Anker vollständig, der hintere zu 2/3 abgetrennt wurde. Die Längskanalwände wurden mit Betonfertigteilplatten hergestellt und als verlorene Schalung eingesetzt. Dadurch entfiel eine aufwändige Schalung aus Einzelteilen bzw. eine Tunnelschalung. Außerdem konnte durch die Fertigteile eine wesentlich günstigere hydraulische Rauhigkeit in den Umläufen erreicht werden. Es sind nur noch die Übergänge zwischen den Fertigteilen einzuschalen. Besonders an den Dehnfugen war hier besondere Sorgfalt geboten. Die Einlauftrompeten zu den Längskanälen (Stirnseite des Oberhauptes) wurden aus verzinktem Stahl, ebenfalls als verlorene Schalung genutzt, vorgefertigt. Instandsetzung alte Kammer: Zur Instandsetzung der alten Kammer gehört die Anpassung der Ausrüstung an die jetzt gültigen Standards, die Erhöhung der Schleusenplattform um 65 cm, die Anpassung des Untertores einschl. der Antriebskanäle und der Einbau eines Stossschutzbalkens. Die Wände des alten Kammerteils bestehen aus Stampf- Beton (also unbewehrt). Sie wirken statisch wie Schwergewichtswände. Die Beton- Sohle wirkt als umgedrehtes Gewölbe, das zwischen zwei Holzpfahlreihen eingespannt ist.

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Untersuchungen zur Betondruckfestigkeit des alten Bauwerks ergaben keine einheitlichen Ergebnisse. Im Mittel der großen Schwankungsbreiten kann den Wänden ~14 N/mm² und der Sohle ~15 N/mm² zugeordnet werden. In den oberen Wandbereichen ergab sich allgemein eine wesentlich schlechtere Betonqualität, als in den übrigen Teilen. Vor der geplanten Aufhöhung der Planie wurde deshalb die gesamte obere Kante (80cm) abgebrochen. Für einen sauberen Oberflächenanschluss sind an allen Übergängen Alt-/Neu- Beton zunächst Sägeschnitte durchgeführt worden. Ein Vertikalschnitt wurde an der Abbruchstelle Altes Oberhaupt (jetzt Übergang Alt- Kammer/ Neu-Kammer), ein Horizontalschnitt an der Abbruchkante des oberen Altbetons und um alle Nischen für die neuen Ausrüstungsteile (Poller, Leitern, Haltestangen etc.) wurden vor dem Abbruch bis zu 80cm tiefe Sägeschnitte ausgeführt. An sämtlichen Verbindungsfugen zwischen Alt/Neu wurden im Raster 50cmx50cm Verbundanker mit Hilti- Injektionsmörtel gesetzt. (Verankerungslänge mind.0,51cm bzw. nach stat. Erfordernissen bis max. 2,0 m am Stoßschutzbalken) Der Vertikal- Sägeschnitt im Übergangsbereich zwischen alter und neuer Kammer, wurde nur 20cm tief ausgeführt, um optisch an der Wandoberfläche eine klare Trennung, in der Innenfläche der Wand aber einen möglichst rauen Verbund zu erreichen. An diese Abrisskante der alten Schleusenkammer wurde zunächst eine 2m dicke „Plombe“ bzw. „Anschlusslamelle“, ebenfalls mit Verbundankern, betoniert. Sie soll sich vollständig mit der alten Kammer verbinden, ohne dass Bewegungsdifferenzen zueinander auftreten. Erst am Ende der Lamelle im Anschluss zum ersten neuen Kammerblock wird die erste Dehnungsfuge ausgebildet. Die Übergangslammelle ist deshalb nicht als Stahlbetonhalbrahmen ausgebildet. Zwischen Wand und Sohle ist jeweils eine Pressfuge angeordnet. Da der Untergrund an der Übergangsstelle alt/neu durch das alte Oberhaupt eine erhebliche Vorbelastung erfahren hat, sind keine signifikanten Setzungen zu erwarten. Jedoch sollte eine möglichst geringfügige Störung des Untergrundes während der Bauzeit angestrebt werden. In Nähe des alten Schleusenbauwerks waren die Spundbohlen nur mit schlagender Rammung einzubringen, um Bodenumlagerungen im Untergrund zu vermeiden. Vor Abbruch der Sohle des alten Oberhauptes wurde auf ganzer Breite eine Spundwand gerammt und ein Injektionsschleier unter der alten Schleusensohle angeordnet. Damit wurde der Untergrund gegen die tieferliegende Baugrube gedichtet und die alte Schleusensohle an der Übergangsstelle gefestigt. Während der Bauarbeiten wurden im südlichen Längskanal Undichtigkeiten festgestellt, die auch zunehmend Auswirkungen auf das danebenliegende Maschinenhaus hatten. Deshalb wurden die offensichtlich undichten Fugen erfolgreich mit Acrylatgel verpresst.

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Das Klapptor im Oberhaupt sowie das Stemmtor im Unterhaupt werden weiter verwendet. Die ca. 20 Jahre alten Tore mussten allerdings aufwändig durch Aufschweißen von Blechen und Ausbesserung der alten Schweißnähte überarbeitet werden, da nach dem Sandstrahlen erhebliche Korrosionsschäden in der Torhaut und Verarbeitungsmängel an den Konstruktionsteilen sichtbar wurden. Die Knaggen und Lager der Tore mussten erneuert werden. Die neuen Antriebe für Tore und Schütze sind Elektrohubzylinder. Die Nordkammer wird jetzt von einem modernen Zentralen Steuerstand aus betrieben, so dass später auch eine Fernbedienung von einer Fernbedienzentrale aus möglich ist. Die Überwachung der Schleuse und der beiden Vorhafenbereiche erfolgt mit insgesamt 8 Kameras. Für den neuen Arbeitsplatz wurde das Betriebsgebäude umgestaltet. Umgestaltung des oberen Vorhafens: Um Mindestanforderungen der Navigation gerecht zu werden, wurde am Nordufer vor dem Einfahrtsbereich ein Uferstreifen abgegraben und mit einer verankerten Spundwand gesichert (im Rechteckprofil). Die steile Böschung oberhalb der Spundwand wurde mit verklammerten Wasserbausteinen befestigt. Der Übergang zur nachfolgenden Kanal- Strecke erfolgt mit einer Unterwasserspundwand und Tondichtung auf der Böschung im KRT – Profil. Alle angeschnittenen Flächen des alten Muldenprofils wurden in der Sohle neu gedichtet und mit einer Steinschüttung gesichert. Vor der Einfahrt wurde ein offenes Leitwerk angeordnet, anschließend eine Wartestelle für die Berufsschifffahrt, deren Rückseite als Sportbootwartestelle genutzt wird. Ein Landschaftspflegerischer Begleitplan sichert den Ausgleich der Eingriffe in den Naturhaushalt. Es wurden u.a. 60 Bäume gepflanzt. Die Maßnahme dauerte von April 2004 bis im Ende 2006 (einschließlich einer mehrmonatigen Erprobungsphase). Umfang (ca.): Stahlbeton: 10.000 m³

Spundwände: 9.500m²

Kabel: 16 km

Bewehrungsstahl: 1.100 t

Anker: 430 Stück

Dichtung: 16.000 m²

Schalung: 4.000 m²

Erdarbeiten: 60.000 m³

Kosten: 11,5 Mill. €.

Verlängerung und Instandsetzung der Schleuse Kersdorf Die Schleuse Kersdorf ist ähnlich angelegt, wie die Schleuse Wernsdorf, sie ist die letzte Schleuse vor Eisenhüttenstadt an der Scheitelhaltung des Oder-Spree- Kanals. Sie gilt als schützenswertes Denkmal.

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Als Besonderheit hat sie zwei seit den 50er Jahren nicht mehr genutzte Sparbecken, die direkt zwischen den beiden Schleusenkammern liegen, so dass die angrenzenden Kammerwände gleichzeitig als Sparbeckenwände dienen. Damit ist die südl. Kammerwand der zu verlängernden Nordkammer in der Vergangenheit intensiv den äußeren Einflüssen Frost, Hitze ... ausgesetzt gewesen und muss bis unter die alten Längsumläufe abgetragen und anschließend neu aufgebaut werden. An der nördl. Kammerwand wird dementsprechend lediglich die Oberfläche saniert. Aufgrund des durchgängig tragfähigen Baugrundes kann die Schleuse in Spundwandbauweise verlängert werden. Der Anschluss an das Altbauwerk erfolgt aber ebenso wie in Wernsdorf durch einen Beton- Übergangsblock. Die Tore der Schleuse Kersdorf werden neu gebaut und die Befüllung wird geändert. Im Oberhaupt wird ein Drehsegmenttor eingebaut und im Unterhaupt ein neues Stemmtor mit Entleerungsöffnungen und Schützen. Der Stoßschutzbalken muss aufgrund der geringeren Hubhöhe (2,90 m) für die Durchfahrt der Schiffe angehoben werden können. Alle weiteren Umbauarbeiten werden wie bei dem Bauvorhaben Schleuse Wernsdorf durchgeführt.

Abbildung 1: Fertige Baugrube mit Blick zur alten Kammer

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Abbildung 2: Anschlussfuge Kammerwand Alt-Neu

Abbildung 3: Sägeschnitte und Abbruch für Ausrüstung Seite 70

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Abbildung 4: Neu eingebaute Ausrüstung im alten Kammerteil

Abbildung 5: Fertige Schleuse, Blick zum Oberhaupt Seite 71

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Abbildung 6: Schleuse Kersdorf vor dem Umbau

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Teilnehmerliste BAW-Kolloquium Neubau von Verkehrswasserbauwerken 7. und 8. Oktober 2008 in Karlsruhe Name

Institution / Firma

Allers, Peter

Ingenieurgruppe Bauen Karlsruhe

Altmann, Veith

Johann Bunte Bauunternehmung GmbH & Co.KG Bad Bentheim

Aster, Detlef

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Süd Würzburg

Bahlmann, Margret

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Barth, Wilhelm

Prüfungsamt des Bundes Frankfurt

Bartnik, Wolfgang

Wasserstraßen-Neubauamt Datteln

Beckmann, Thomas

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Süd Würzburg

Bejan, Adrian

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Süd Würzburg

Berlenbach, Björn

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Biskupek, Dirk

Neubauamt für den Ausbau des MLK Hannover

Bödefeld, Jörg

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Bodsch, Mareike

Wasserstraßen-Neubauamt Aschaffenburg

Boll, Martin

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Nord Kiel

Borcherding, Dieter

Karlsruhe-Wolfartsweier

Breitenstein, Jens

RMD Wasserstraßen GmbH München

Brunck, Dr. Frank-Peter

Ingenieurbüro Dr. Binnewies GmbH Hamburg

Czajkowski, Heike

Staatl. Rhein-Neckar-Hafenges. mbH Mannheim

Deleu, Benoit

Voies Navigables de France, Mission Seine-Nord Europe Bethune Cedex

Deubig, Kerstin

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Deutscher, Martin

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Dittmar, Karsten

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Bonn

Djuric, Zorana

Universität Karlsruhe Inst.f.Massivbau u.Baustofft. Karlsruhe

Dohms, Andreas

Wasser- und Schifffahrtsamt Lauenburg

Ebers-Ernst, Dr. Jeannette

Grontmij BGS Ingenieurgesellschaft mbH Hannover

Ehmann, Rainer

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Engels, Natascha

Wasserstraßen-Neubauamt Aschaffenburg

Englert, Rüdiger

Wasser- und Schifffahrtsamt Saarbrücken Seite 73

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Name

Institution / Firma

Fischer, Uwe

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Bonn

Frentzel-Schirmacher, Anka

HMP Baustoffingenieure Hamburg

Fuchs, Philipp

Dorsch Consult Wasser und Umwelt München

Gährs, Joachim

Wasser- und Schifffahrtsamt Trier

Gebhardt, Dr. Michael

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Gheorghiu, Dumitru

Schömig-Plan Ingenieurgesellschaft mbH Kleinostheim

Grabau, Jürgen

Wasser- und Schifffahrtsamt Bremen

Grewe, Markus

Wasser- und Schifffahrtsdirektion West Münster

Grüter, Barbara

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Halbe, Dana

Wasser- und Schifffahrtsamt Hann. Münden

Hans, Jürgen

Staatl. Rhein-Neckar-Hafenges. mbH Mannheim

Harich, Herbert

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Haugwitz, Hans-Gerd

Bauer Spezialbau GmbH Schrobenhausen

Heinz, Dr. Dietrich

DSD Noell GmbH Würzburg

Henkel-Grabowski, Tanja

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest Mainz

Herbort, Johannes

grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG Hannover

Hinze, Ulrich

QSI Institut für Qualitätssicherung Hamburg

Hoepfner, Frank

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest Mainz

Hoft, Thomas

Wasserstraßen-Neubauamt Aschaffenburg

Hornig, Uwe

Inros Lackner AG München

Huesmann, Ernst

Wasser- und Schifffahrtsamt Mannheim

Jander, Albert

Wasserstraßen-Neubauamt Datteln

Jenrich, Dr. Holger

Spezialbau Engineering GmbH Magdeburg

Kanitz, Martin

PLASS Ingenieure Ingenieurgesellschaft für Bauwesen mbh Geesthacht

Kemnitz, Bernhard

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Kerkeni, Dr. Naceur

H + P Ingenieure GmbH & Co. KG Aachen

Klawikowski, Ralf

Wasser- und Schifffahrstamt Duisburg

Kleidl, Martin

Wasser- und Schifffahrtsamt Regensburg

Knell, Heinz

Wasser- und Schifffahrtsamt Koblenz

Knollmann, Heribert

Wasser- und Schifffahrtsdirektion West Münster

Köther, Martin

Wasser- und Schifffahrtsamt Uelzen Seite 74

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Name

Institution / Firma

Kötz, Harald

Eriksen Gesellschaft für Ingenieurplanung mbH Hannover

Krebs, Dorothea

Krebs + Kiefer Beratende Ingenieure Bauwesen GmbH Karlsruhe

Krenz, Uwe

Bilfinger Berger AG Wiesbaden

Küchlin, Dagmar

HeidelbergCement AG Leimen

Kunz, Claus

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Laier, Robert

Ingenieurgruppe Bauen Karlsruhe

Langhagen, Dr. Knut

CDM Consult GmbH Alsbach

Laube, Dr. Martin

MPA Braunschweig

Lege, Dr. Thomas

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Lettner, Christian

HPI Ingenieurgesellschaft mbH Berlin

Leukel, Holger

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Bonn

Lindlar, Dr. Hans-Gerd

Krebs + Kiefer Beratende Ingenieure Bauwesen GmbH Berlin

Linke, Tobias

Wasser- und Schifffahrtsamt Emden

Lutz, Matthias

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Maßmann, Birgit

Wasserstraßen-Neubauamt Datteln

Meißner, Christian

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Süd Würzburg

Mengerinhausen, Thomas

Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH Wiesbaden

Michels, Klaus

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Momper, Stephan

Wasser- und Schifffahrtsamt Aschaffenburg

Mücher, Frithjof

Ingenieurbüro Mücher Aschaffenburg

Müller, Gerhard

Wasser- und Schifffahrtsamt Regensburg

Nettekoven, Ralph

Wasser- und Schifffahrtsamt Trier

Nierlich, Wolfgang

RMD Consult GmbH München

Nüsse, Gregor

Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. im Stahl-Zentrum Düsseldorf

Otto, Jürgen

DSD Noell GmbH Würzburg

Patiz, Dr. Gabriele

Ingenieurbüro Dr. Patiz Karlsruhe

Probiesch, Raphael

Wasserstraßen-Neubauamt Berlin

Pysik, Michael

Krebs + Kiefer Beratende Ingenieure Bauwesen GmbH Berlin

Rathgeb, Dr. Andreas

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Reimann, Lutz

Hochtief Construction AG Leipzig Seite 75

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Name

Institution / Firma

Reschke, Dr. Torsten

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Rettemeier, Dr. Katja

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Bonn

Retzepis, Dr. Ioannis

Krebs + Kiefer Beratende Ingenieure Bauwesen GmbH Karlsruhe

Riffel, Siegfried

HeidelbergCement AG Talheim

Röben, Johann

Wasser- und Schifffahrtsamt Braunschweig

Römer, Kai

Wasser- und Schifffahrstamt Duisburg

Ruckenbrod, Dr. Cornelius

SMP Ingenieure im Bauwesen GmbH Karlsruhe

Schilke, Cathy

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Schlüter, Dr. Franz-Hermann

SMP Ingenieure im Bauwesen GmbH Karlsruhe

Schmautz, Dr. Markus

RMD Wasserstraßen GmbH München

Schmidt, Dr. Eckard

Inros Lackner AG Bremen

Schneider, Petra

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest Mainz

Schömig, Ulrike

Schömigplan Ingenieurgesellschaft mbH Kleinostheim

Schöpflin, Albert

Wasser- und Schifffahrtsamt Saarbrücken

Schubert, Klaus-Dieter

IRS Ingenieurbüro Rapsch und Schubert GmbH Würzburg

Schüle, Martin

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest Mainz

Schulz, Günter

Neubauamt für den Ausbau des MLK Hannover

Schwanemann, Ulf

Eriksen Gesellschaft für Ingenieurplanung mbH Hannover

Seiwert, Manfred

Bundesrechnungshof Bonn

Singer, Manfred

DSD Noell GmbH Würzburg

Spang, Joachim

WTM Engineers GmbH Hamburg

Stenglein, Jens

Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest Mainz

Stoll, Claudia

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Strack, Martin

Dorsch Consult Wasser und Umwelt München

Tarras, Christoph

bremenports GmbH & Co. KG Bremerhaven

Thorenz, Dr. Carsten

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Tue, Prof. Nguyen Viet

Institut für Massivbau und Baustofftechnologie, Universität

Unger, Beate

Wasserstraßen-Neubauamt Magdeburg

Urbitsch, Katrin

Wasser- und Schifffahrtsamt Hann. Münden

van Schaik, E.A.M.

Rijkswaterstaat Bouwdienst, Civiele Techniek LA Utrecht

Vieth, Heinz-Josef

Krebs + Kiefer Beratende Ingenieure Bauwesen GmbH Karlsruhe Seite 76

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Name

Institution / Firma

Vogel, Michael

Universität Karlsruhe Inst.f.Massivbau u.Baustofft. Karlsruhe

Voosen, Heinz-J.

Ingenieur-Büro SAV Papenburg

Wagner, Rainer

Waldbronn

Walter, Bernd

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Walther, Matthias

MPA Braunschweig

Weber, Ernst-Friedrich

Bilfinger Berger Ingenieurbau GmbH Wiesbaden

Weckler, Martin

Ed. Züblin AG Stuttgart

Weisner, André

Wasserstraßen-Neubauamt Magdeburg

Weitzel, Willi

Wasser- und Schifffahrtsamt Trier

Wermke, Dietmar

Ministerium Infrastruktur, Raumordnung Land Brandenburg Potsdam

Werner, Günther

Wasser- und Schifffahrtsamt Koblenz

Wessel, Hauke

Wasserstraßen-Neubauamt Aschaffenburg

Westebring, Fokke

Raadgevend Ingenieursbureau Lievense B.V. DD Breda

Westendarp, Andreas

Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe

Wiese, Karl-Heinz

Wasserstraßen-Neubauamt Helmstedt

Wiest, Robert

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

Wilde, Elmar

Wasser- und Schifffahrtsamt Aschaffenburg

Wimmer, Stefanie

Wasserstraßen-Neubauamt Aschaffenburg

Winter, Frank

W + S Ingenieure Wunstorf

Wittmann, Wolfram

Wasser- und Schifffahrtsamt Regensburg

Zacharides, Werner

Amt für den Neckarausbau Heidelberg

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